Hidroxilación

En química, hidroxilación puede referirse a:

• (i) most commonly, hydroxylation describes a chemical process that introduces a hydroxyl group (−OH) en un compuesto orgánico.
• ii) El grado de hidroxilación se refiere al número de grupos OH en una molécula. El patrón de hidroxilación se refiere a la ubicación de grupos hidroxiales en una molécula o material.

Reacciones de hidroxilación

Hidroxilaciones sintéticas

La instalación de grupos hidroxilo en compuestos orgánicos se puede realizar mediante varios catalizadores metálicos. Muchos de estos catalizadores son biomiméticos, es decir, están inspirados o destinados a imitar enzimas como el citocromo P450.

Mientras que muchas hidroxilaciones insertan átomos de O en enlaces C-H, algunas reacciones añaden grupos OH a sustratos insaturados. La dihidroxilación de Sharpless es una reacción de este tipo: convierte los alquenos en dioles. Los grupos hidroxi los proporciona el peróxido de hidrógeno, que se añade a través del doble enlace de los alquenos.

Hidroxilación biológica

En bioquímica, las reacciones de hidroxilación a menudo son facilitadas por enzimas llamadas hidroxilasas. Un enlace C-H se convierte en un alcohol mediante la inserción de un átomo de oxígeno en un enlace C-H. Las estequiometrías típicas para la hidroxilación de un hidrocarburo genérico son estas:

2R3C-OH}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">2R3C− − H+O2restablecimiento restablecimiento 2R3C− − Oh.{displaystyle {ce {2R3C-H + O2 - titulada 2R3C-OH}} 2R3C-OH}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5605f38f6ee0419be04a09d2b978876af5d91c20" style="vertical-align: -1.005ex; width:31.694ex; height:2.843ex;"/>

R3C-OH + H2O}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">R3C− − H+O2+2e− − +2H+restablecimiento restablecimiento R3C− − Oh.+H2O{displaystyle {ce {R3C-H + O2 + 2e- + 2H+ - confianza R3C-OH + H2O}}} R3C-OH + H2O}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7ad53f6a7792461dfa57d72ef6f58bf1d03d447d" style="vertical-align: -1.005ex; width:50.618ex; height:3.176ex;"/>

Dado que O₂ es en sí mismo un agente hidroxilante lento y no selectivo, se requieren catalizadores para acelerar la ritmo del proceso e introducir selectividad.

La hidroxilación es a menudo el primer paso en la degradación de compuestos orgánicos en el aire. La hidroxilación es importante en la desintoxicación ya que convierte los compuestos lipófilos en productos solubles en agua (hidrófilos) que los riñones o el hígado eliminan y excretan más fácilmente. Algunos fármacos (por ejemplo, los esteroides) se activan o desactivan mediante hidroxilación.

El principal agente de hidroxilación en la naturaleza es el citocromo P-450, del cual se conocen cientos de variaciones. Otros agentes hidroxilantes incluyen flavinas, hidroxilasas dependientes de alfa-cetoglutarato y algunas dihierrohidroxilasas.

De proteínas

La hidroxilación de proteínas se produce como una modificación postraduccional y está catalizada por dioxigenasas dependientes de 2-oxoglutarato. Cuando las moléculas se hidroxilan, se vuelven más solubles en agua, lo que afecta su estructura y función. Puede tener lugar en varios aminoácidos, como lisina, asparagina, aspartato e histidina, pero el residuo de aminoácido hidroxilado con mayor frecuencia en las proteínas humanas es la prolina. Esto se debe al hecho de que el colágeno constituye entre el 25 y el 35 % de las proteínas de nuestro cuerpo y contiene una hidroxiprolina en casi cada tercer residuo de su secuencia de aminoácidos. El colágeno consta de residuos de 3‐hidroxiprolina y 4‐hidroxiprolina. La hidroxilación se produce en el átomo γ-C, formando hidroxiprolina (Hyp), que estabiliza la estructura secundaria del colágeno debido a los fuertes efectos electronegativos del oxígeno. La hidroxilación de prolina también es un componente vital de la respuesta a la hipoxia a través de factores inducibles por la hipoxia. En algunos casos, la prolina puede hidroxilarse en su átomo de β-C. La lisina también puede hidroxilarse en su átomo δ-C, formando hidroxilisina (Hyl).

Estas tres reacciones son catalizadas por enzimas muy grandes de múltiples subunidades prolil 4-hidroxilasa, prolil 3-hidroxilasa y lisil 5-hidroxilasa, respectivamente. Estas reacciones requieren hierro (así como oxígeno molecular y α-cetoglutarato) para llevar a cabo la oxidación, y utilizan ácido ascórbico (vitamina C) para devolver el hierro a su estado reducido. La privación de ascorbato provoca deficiencias en la hidroxilación de prolina, lo que conduce a un colágeno menos estable, lo que puede manifestarse como la enfermedad del escorbuto. Como los cítricos son ricos en vitamina C, a los marineros británicos se les daba lima para combatir el escorbuto en los largos viajes por mar; de ahí que se les llamara "limeys".

Varias proteínas endógenas contienen residuos de hidroxifenilalanina e hidroxitirosina. Estos residuos se forman debido a la hidroxilación de fenilalanina y tirosina, un proceso en el que la hidroxilación convierte los residuos de fenilalanina en residuos de tirosina. Esto es muy importante en los organismos vivos para ayudarles a controlar el exceso de residuos de fenilalanina. La hidroxilación de los residuos de tirosina también es muy vital en los organismos vivos porque la hidroxilación en el C-3 de la tirosina crea 3,4-dihidroxifenilalanina (DOPA), que es un precursor de las hormonas y puede convertirse en dopamina.

Ejemplos

• 17α-Hydroxylase
• Colesterol 7 alfa-hidroxilase
• Dopamina β-hidroxilase
• Phenylalanine hydroxylase
• Tyrosine hydroxylase
• Un ejemplo de hidroxilación no biológica es la hidroxilación de peróxido de hidrógeno de fenol para formar hidroquinona.