Hispanopedia WikiEn química , la hidroxilación se refiere a la introducción de un grupo hidroxilo ( −OH ) en un compuesto orgánico . Las hidroxilaciones generan alcoholes y fenoles, que son grupos funcionales muy comunes . La hidroxilación confiere cierto grado de solubilidad en agua. La hidroxilación de un hidrocarburo es una oxidación , por lo tanto, un paso en la degradación.
Hidroxilación atmosférica
La hidroxilación mediante reacción con radicales hidroxilo troposféricos y oxígeno es una posible vía para la degradación de compuestos aromáticos : [ 1 ]
- ArH + • OH ⇌ [ Ar(OH)H] •
- [ Ar(OH)H] • + O 2 → ArOH + HO 2 •
Hidroxilación biológica
En bioquímica , las reacciones de hidroxilación suelen ser facilitadas por enzimas llamadas hidroxilasas . Estas enzimas insertan un átomo de oxígeno en un enlace C−H . Las estequiometrías típicas para la hidroxilación de un hidrocarburo genérico son las siguientes:
- 2R 3 C−H + O 2 → 2 R 3 C−OH
- R 3 C−H + O 2 + 2e − + 2H + → R 3 C−OH + H 2 O
Dado que el O₂ en sí mismo es un agente hidroxilante lento y no selectivo, se requieren catalizadores para acelerar el ritmo del proceso e introducir selectividad. [ 2 ]
La hidroxilación es importante en la desintoxicación, ya que convierte los compuestos lipofílicos en productos hidrosolubles que son eliminados más fácilmente por los riñones o el hígado y excretados . Algunos fármacos (por ejemplo, los esteroides ) se activan o desactivan mediante hidroxilación. [ 3 ]
El principal catalizador de hidroxilación en la naturaleza es el citocromo P-450 , del cual se conocen cientos de variantes. [ 4 ] Otros agentes hidroxilantes incluyen flavinas, hidroxilasas dependientes de alfa-cetoglutarato (dioxigenasas dependientes de 2-oxoglutarato) y algunas hidroxilasas de dihierro. [ 5 ]
De proteínas
La hidroxilación de proteínas ocurre como una modificación postraduccional y es catalizada por dioxigenasas dependientes de 2-oxoglutarato. [ 6 ] La hidroxilación mejora la solubilidad en agua, además de afectar su estructura y función.
El residuo de aminoácido más frecuentemente hidroxilado en las proteínas humanas es la prolina . Esto se debe a que el colágeno constituye aproximadamente el 25-35% de las proteínas en nuestros cuerpos y contiene una hidroxiprolina en casi cada tercer residuo en su secuencia de aminoácidos. El colágeno consta de residuos de 3-hidroxiprolina y 4-hidroxiprolina. [ 7 ] La hidroxilación ocurre en el átomo γ-C, formando hidroxiprolina (Hyp), que estabiliza la estructura secundaria del colágeno debido a los fuertes efectos electronegativos del oxígeno. [ 8 ] La hidroxilación de la prolina también es un componente vital de la respuesta a la hipoxia a través de los factores inducibles por hipoxia . En algunos casos, la prolina puede hidroxilarse en su átomo β-C. Estas tres reacciones son catalizadas por las grandes enzimas multisubunitarias prolil 4-hidroxilasa , prolil 3-hidroxilasa y lisil 5-hidroxilasa , respectivamente. Estas enzimas requieren hierro (así como oxígeno molecular y α-cetoglutarato ). Consumen oxígeno (el oxidante) y ácido ascórbico (vitamina C, el reductor). La privación de ascorbato produce deficiencias en la hidroxilación de la prolina, lo que resulta en un colágeno menos estable, que puede manifestarse como escorbuto . Dado que los cítricos son ricos en vitamina C, a los marineros británicos se les daban limas para combatir el escorbuto en los largos viajes oceánicos; de ahí que se les llamara " limeys ". [ 9 ]
Varios otros aminoácidos además de la prolina son susceptibles a la hidroxilación, especialmente la lisina, la asparagina, el aspartato y la histidina. La lisina puede hidroxilarse en su átomo δ-C, formando hidroxilisina (Hyl). [ 10 ] Varias proteínas endógenas contienen residuos de hidroxifenilalanina e hidroxitirosina. Estos residuos se forman por hidroxilación de fenilalanina y tirosina, un proceso en el que la hidroxilación convierte los residuos de fenilalanina en residuos de tirosina. [ 7 ] La hidroxilación en C-3 de la tirosina produce 3,4-dihidroxifenilalanina (DOPA), que es un precursor de hormonas y puede convertirse en dopamina .
Enzimas de hidroxilación
Hidroxilaciones sintéticas
Las hidroxilaciones están bien estudiadas, pero rara vez se utilizan en la síntesis orgánica. El ácido peroxitrifluoroacético convierte algunos arenos en fenoles . Las sales de peroxidisulfato convierten los fenoles en quinoles en la oxidación con persulfato de Elbs . Las mezclas de sulfato ferroso y peróxido de hidrógeno, el reactivo de Fenton , se comportan de manera similar. [ 11 ]
La incorporación de grupos hidroxilo en compuestos orgánicos puede efectuarse mediante catalizadores biomiméticos, es decir, catalizadores cuyo diseño está inspirado en enzimas como el citocromo P450. [ 12 ]
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 de estas reacciones: convierte alquenos en dioles . Los grupos hidroxilo son proporcionados por el peróxido de hidrógeno , que se adiciona al doble enlace de los alquenos . [ 13 ]
Hidroxilación del metano
El metano es uno de los sustratos más estudiados para la hidroxilación debido a su abundancia en el gas natural . Si bien el metano es un combustible útil, sería más valioso si pudiera convertirse en metanol. Los estudios sobre la hidroxilación del metano abarcan enfoques tanto sintéticos como biológicos. La naturaleza ha desarrollado enzimas llamadas metano monooxigenasas , que son eficientes pero poco prácticas para aplicaciones comerciales. En cambio, los catalizadores sintéticos han recibido mucha atención, pero aún no tienen un valor práctico. [ 14 ]
Lecturas adicionales
- Middleton, Elliott Jr; Kandaswami, Chithan; Theoharides, Theoharis C. (2000). "Los efectos de los flavonoides vegetales en las células de mamíferos: implicaciones para la inflamación, las enfermedades cardíacas y el cáncer". Pharmacological Reviews . 52 (4): 673– 751. doi : 10.1016/S0031-6997(24)01472-8 . PMID 11121513 .
Referencias
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- 1 2 Huang, X.; Groves, JT (2017). "Más allá de la hidroxilación mediada por ferril: 40 años del mecanismo de rebote y activación C–H" . Journal of Biological Inorganic Chemistry . 22 ( 2–3 ): 185–207 . doi : 10.1007/s00775-016-1414-3 . PMC 5350257. PMID 27909920 .
- ↑ Cerniglia, Carl E. (1992). "Biodegradación de hidrocarburos aromáticos policíclicos". Biodegradación . 3 ( 2– 3): 351– 368. doi : 10.1007/BF00129093 . S2CID 25516145 .
- ↑ Ortiz De Montellano, Paul R. (2010). " Hidroxilación de hidrocarburos por enzimas del citocromo P450" . Chemical Reviews . 110 (2): 932– 948. doi : 10.1021/cr9002193 . PMC 2820140. PMID 19769330 .
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- ↑ Zurlo, Giada; Guo, Jianping; Takada, Mamoru; Wei, Wenyi; Zhang, Qing (diciembre de 2016). "Nuevos conocimientos sobre la hidroxilación de proteínas y su importante papel en las enfermedades humanas" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Reseñas sobre el cáncer . 1866 (2): 208– 220. doi : 10.1016/j.bbcan.2016.09.004 . ISSN 0006-3002 . PMC 5138100 . PMID 27663420 .
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- ↑ Smith, Michael B.; March, Jerry (2007), Química orgánica avanzada: reacciones, mecanismos y estructura (6.ª ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, pág. 964, ISBN 978-0-471-72091-1
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- ↑ Dummer, Nicholas F.; Willock, David J.; He, Qian; Howard, Mark J.; Lewis, Richard J.; Qi, Guodong; Taylor, Stuart H.; Xu, Jun; Bethell, Don; Kiely, Christopher J.; Hutchings, Graham J. (2023). "Oxidación de metano a metanol" . Chemical Reviews . 123 (9): 6359– 6411. doi : 10.1021/acs.chemrev.2c00439 . PMC 10176486. PMID 36459432 .
- Reacciones redox orgánicas
- Modificación postraduccional
