Se você tiver permissão para criar um arquivo temporário, que tal isso?
in=phone_dir.txt
out=last_names.txt
tmp=$$tmp && \
a=$(cut -d',' -f1 "$in" | tee >(cut -c2- | tr [:upper:] [:lower:] > "$tmp") | cut -c1) && \
paste <(printf "%s\n" ${a[@]}) "$tmp" | tr -d [:blank:] > "$out" && \
rm "$tmp"