近年来，甲醛作为一种来源丰富且高反应活性的C1分子化合物，在合成高附加值化学品方面展现出巨大的潜力。以甲醛为底物，通过形成碳-碳（C-C）键延长碳链的催化反应尤其重要。传统的化学方法虽然可以实现甲醛的C-C键形成，但通常需要苛刻的反应条件，且产率和化学选择性较低。相比之下，生物催化因其温和的反应条件和良好的选择性，逐渐成为甲醛C-C键形成的有力工具。自然界中，醛缩酶和焦磷酸硫胺素（ThDP）依赖性酶是催化C-C键形成的主要生物催化剂，这两类酶能够催化甲醛参与的C-C键形成，生成羟甲基化合物。因此，很多研究聚焦于利用醛缩酶或者ThDP-依赖性酶催化甲醛的C-C键连接反应，或者偶联其他酶促反应，实现多官能团化合物的合成。
近日，中国科学院天津工业生物技术研究所朱敦明、吴洽庆研究员带领的生物催化与绿色化工研究团队发表了关于生物催化甲醛高值化利用合成多官能化合物的综述文章。该文章系统总结了近五年来醛缩酶、ThDP-依赖性酶催化甲醛形成C-C键的研究进展，重点关注这两类酶在多酶级联反应体系中，利用甲醛合成高附加值多官能团化合物的应用。
甲醛的生物转化：C-C键形成的关键生物催化剂 醛缩酶和ThDP依赖性酶可以利用甲醛，通过C-C键形成合成β-羟基羰基化合物和α-羟甲基羰基化合物，但是其催化活性较低且底物适用范围较窄。因此，很多研究聚焦于蛋白的工程化改造，通过半理性设计和定向进化等技术手段，成功获得了多个催化性能提升的ThDP依赖性酶和醛缩酶突变体，使其在甲醛参与的C-C键形成反应中表现出良好的活性和选择性，高效合成了α-羟甲基酮、β-羟基酮酸、羟基醛等化合物。 多酶级联反应：合成复杂多官能团化合物的新策略 多酶级联反应因其高效、过程简洁等特点，在多官能团化合物合成中一直得到了广泛应用。通过将醛缩酶或ThDP依赖性酶催化的甲醛C-C键连接反应偶联还原胺化、羰基还原、氧化反应或者磷酸化反应，成功构建了多条人工合成途径，实现了从甲醛和简单化合物出发到高值多官能团化合物的高效、绿色合成。 未来展望 虽然甲醛的可控转化仍然面临诸多挑战，但是随着更多高效生物催化剂-醛缩酶和ThDP依赖性酶的发现和多酶级联反应技术的应用，甲醛作为一种新兴的C1资源，将在合成高附加值化合物方面展现出巨大的潜力。 论文信息 Formaldehyde-Enabled Enzymatic Hydroxymethylation for the Synthesis of High Value-Added Multifunctional Compounds Dr. Yu Li Yue Fan, Prof. Dr. Peiyuan Yao, Prof. Dr. Qiaqing Wu, Prof. Dr. Dunming Zhu ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202402005
