Hydroksylaatio

Hydroksylaatio on kemiallinen prosessi, jossa hydroksyliryhmä (-OH) lisätään orgaaniseen yhdisteeseen. Tavoitteena on usein muodostaa alkoholi- tai dioli-funktionaalinen ryhmä, joka lisää yhdisteen polaarisuutta, vesiliukoisuutta ja reaktiivisuutta. Hydroksylaatio voi tapahtua sekä kemiallisilla katalyyteillä että biologisten entsyymien kautta.

Kemialliset menetelmät hydroksylaatiossa jakautuvat useisiin kategoriaan. Yksi tunnetuimmista on alkeneihin tapahtuva dihydroksylaatio syn--konfiguraatiossa OsO4- tai MnO4-/NMO- katalysoimana, joka tuottaa vicinal-dioleita. Sharplessin asennehydroksylaatio mahdollistaa enantioselektiivisen dihydroxylation, jolloin syntyy tyre-sidoksin varustettuja, stereokedelaisia dioleja. Hydration-reaktiot voivat tapahtua myös veden additiossa alkeeniin happamissa olosuhteissa tai anti-Markovnikov-tyyppisesti hydroboroinnilla ja oksidaatiolla. Lisäksi on kehitteillä C-H hydroksylaation menetelmiä, joissa rikki- tai metalli-katalyytit muokkaavat alkanien kytköksiä suoraan alkoholiyhdisteiksi.

Biologiset hydroksylaatiot tapahtuvat usein mono-oksygenaasi- ja dioxygenaasireitteissä. Cytochrome P450 -perhe ja 2-oksoglukoraatti-dioxygenaasit katalysoivat useiden ei-reaktiivistenkin C-H sidosten oksygenaatiota muodostaen primaarisia ja sekundaarisia alkoholeja. Tällainen entsymaattinen hydroksylaatio on keskeinen osa aineenvaihduntaa ja luonnollisten yhdisteiden biosynteesiä sekä lääkeaineiden metaboliikkaa.

Sovellukset ja vaikutukset ovat laajat: hydroksylaatio mahdollistaa monien lääkkeiden ja luonnonperäisten yhdisteiden toiminnallisuuden lisäämisen sekä late-stage -funktionaloinnin kehitystyössä. Haasteina ovat reagointisäätö, regio- ja stereoselektiivisyys sekä ympäristö- ja kustannustekijät, erityisesti tyyppien OsO4-käyttöön liittyvät rajoitteet.