Synthetic hydroxylationsEdit

有機化合物にヒドロキシル基を導入するには、様々な金属触媒を使用します。 そのような触媒の多くは生物模倣的であり、すなわちチトクロームP450のような酵素に触発されるか、または模倣することを意図している。

多くの水酸化がC-H結合にO原子を挿入するのに対し、いくつかの反応は不飽和基質にOH基を付加するものである。 Sharplessジヒドロキシル化はそのような反応であり、アルケンをジオールに変換する。

生物学的水酸化 Edit

生化学では、水酸化反応はしばしば水酸化酵素と呼ばれる酵素によって促進される。 C-H結合に酸素原子が挿入されることでアルコールに変換される。 一般的な炭化水素の水酸化反応の典型的な化学量論は以下の通りである：

2 R3C-H + O2 → 2 R3C-OH R3C-H + O2 + 2e- + 2 H+ → R3C-OH + H2O

O2そのものは遅くて選択性のない水酸化剤なので、プロセスのペースを速め、選択性をもたらすために触媒が必要である。 水酸化は親油性化合物を水溶性（親水性）生成物に変換し、腎臓や肝臓でより容易に除去されて排泄されるので、無害化において重要である。 自然界における主な水酸化物質はチトクロームP-450であり、そのバリエーションは何百種類も知られている。

自然界に存在する主な水酸化物質はシトクロムP-450であり、そのバリエーションは数百種にも及ぶ。その他の水酸化物質としてはフラビン、α-ケトグルタレート依存性水酸化酵素、いくつかの二鉄水酸化酵素がある。

タンパク質の編集

タンパク質の水酸化は翻訳後修飾として起こり、2-オキソグルタル酸依存性ジオキシゲナーゼによって触媒される。 水酸化されると、分子はより水溶性になり、その構造や機能に影響を与える。 水酸化は、リジン、アスパラギン、アスパラギン酸、ヒスチジンなどいくつかのアミノ酸で起こるが、ヒトのタンパク質で最も頻繁に水酸化されるアミノ酸残基はプロリンである。 これは、体内のタンパク質の約25-35%を占めるコラーゲンが、アミノ酸配列のほぼ3番目の残基ごとにヒドロキシプロリンを含んでいることに起因している。 コラーゲンは、3-ヒドロキシプロリン残基と4-ヒドロキシプロリン残基の両方から構成されています。 ヒドロキシル化はγ-C原子で起こり、ヒドロキシプロリン（Hyp）を形成し、酸素の強い電気陰性作用により、コラーゲンの二次構造を安定化させる。 プロリン水酸化は、低酸素誘導因子を介した低酸素応答にも不可欠な要素である。 場合によっては、プロリンはそのβ-C原子の代わりに水酸化されることがある。 リジンはまた、そのδ-C原子上で水酸化され、ヒドロキシリジン（Hyl）を形成する。

これら3つの反応は、それぞれ非常に大きく、複数のサブユニットを持つ酵素であるプロリル4-ヒドロキシラーゼ、プロリル3-ヒドロキシラーゼおよびリジル5-ヒドロキシラーゼによって触媒される。 これらの反応は、酸化を行うために鉄（および分子状酸素とα-ケトグルタレート）を必要とし、鉄を還元状態に戻すためにアスコルビン酸（ビタミンC）を使用する。 アスコルビン酸が不足すると、プロリンの水酸化が不足し、コラーゲンが安定しなくなり、壊血病という病気として現れることがある。 柑橘類はビタミンCを豊富に含むため、イギリスの船員は長い航海の間、壊血病に対抗するためにライムを与えられていた；それゆえ彼らは「ライミー」と呼ばれていた。 これらの残基は、フェニルアラニンおよびチロシンの水酸化により形成され、水酸化によりフェニルアラニン残基がチロシン残基に変換されるプロセスである。 これは生体において、過剰なフェニルアラニン残基を制御するために非常に重要である。 また、チロシン残基のC-3での水酸化は、ホルモンの前駆体である3,4-ジヒドロキシフェニルアラニン（DOPA）を生成し、ドーパミンに変換できるため、生体において非常に重要である＜1125＞。