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Als Hydroxylierung bezeichnet man in der Chemie eine Reaktion zur Einführung einer oder mehrerer Hydroxylgruppen. Die Hydroxylgruppe ist eine aus einem Wasserstoff- und einem Sauerstoff-Atom bestehende funktionelle Gruppe in einer organisch-chemischen Verbindung. OH-Gruppen sind die charakteristische funktionelle Gruppe der Alkohole.

Hydroxylierungen können über verschiedene Reaktionsmechanismen ablaufen.

Ethylalkohol kann z. B. durch katalytische Hydration von Ethylen entstehen.

Bei der cis-Dihydroxlierung entsteht unter zu Hilfenahme von Manganationen (MnO₄^2-) durch Addition an eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung und anschließende Hydrolyse ein zweiwertiger Alkohol (Diol).

Biochemische Hydroxylierungen werden durch Enzyme wie Hydroxylasen ermöglicht, beispielsweise die Hydroxylierung von Progesteron zu Corticosteroiden.

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