karboksylaatioreaktioihin

Karboksylaatio, eli karboksylaatioreaktiot, ovat kemiallisia reaktioita, joissa hiiliatomille CO2 lisätään substraattiin ja muodostuu karboksylaattia tai karboksyyliryhmäinen hu- diste. Näin CO2 toimii yhden hiilen rakennuspalikkana, jonka avulla voidaan muodostaa uusia karboksyylihappoja tai karboksylaatteja. Karboksylaatiot ovat tärkeitä sekä synteesissä että CO2:n kierrättämisessä kohti arvokkaampia yhdisteitä.

Perinteisiä karboksylaatiomenetelmiä ovat esimerkiksi Grignard- tai organolithium -reaktiot CO2:n kanssa, joiden jälkeen kohteen karboksyylihapon esterit tai karboksylaatit voidaan saada toimenpiteillä. Kolbe–Schmittin reaktio on historiallisesti merkittävä: natriumpohjaiset fenolit reagoivat CO2:n kanssa korkeapaineissa muodostaen orto-hydroksibentsenaatti- tai salisylaatiyhdisteita.

Nykyaikaisissa ratkaisuissa karboksylaatio suoritetaan usein katalyyttisesti. Palladium-, nikkel- tai kuparikatalyysillä voidaan carboxylate- tai benzöïylikarboksyylihappoja muodostaa aryylihalideista tai alkeilla sekä alkeiden että alkeenien karboksylaation yhteydessä CO2:n kanssa. Lisäksi kehitetään hydrocarbonylation- ja elektro- sekä valokatalyytteisiä karboksylaatioita, joissa CO2 lisätään alkeeseen tai alkeniin laajasti C1-kierrätyksen nimissä.

Biologisessa kontekstissa karboksylaatio on keskeinen CO2:n fijnaation prosessi: entsyymit kuten karboksylaatit, pyruvaattikarboksylaatti ja RuBisCO osallistuvat CO2:n kierrätykseen hiilirakenteisiin. Karboksylaatio on siten tärkeä sekä organisen synteesin työkaluna että biologisessa hiilenkiertossa.

Käytännön merkitys ja haasteet ovat CO2:n matalan reaktiivisuuden, tarvetta paineille tai erityisille katalyyseille sekä kestävien menetelmien kehittämisestä riippuvaisen ympäristöystävällisyyden tasapainottamisesta.