ในทางเคมีไฮดรอกซิเลชันหมายถึงการเติมหมู่ไฮดรอกซิล ( −OH ) เข้าไปในสารประกอบอินทรีย์ไฮดรอกซิเลชันทำให้เกิดแอลกอฮอล์และฟีนอล ซึ่งเป็นหมู่ฟังก์ชันที่ พบได้ทั่วไป ไฮดรอกซิเลชันทำให้สารประกอบละลายน้ำได้ในระดับหนึ่ง การไฮดรอกซิเลชันของไฮโดรคาร์บอนเป็นการออกซิเดชันดังนั้นจึงเป็นขั้นตอนหนึ่งของการสลายตัว

การไฮดรอกซิเลชันผ่านปฏิกิริยากับอนุมูลไฮดรอกซิลในชั้นบรรยากาศ โทรโพสเฟียร์ และออกซิเจนเป็นเส้นทางที่เป็นไปได้หนึ่งทางสำหรับการย่อยสลายสารประกอบอะโรมาติก : ^{[ 1 ]}

ArH + ^• OH ⇌ [Ar(OH)H] ^•

[อาร์(OH)H] ^• + O ₂ → อาโร + H O ₂ ^•

ในทางชีวเคมีปฏิกิริยาไฮดรอกซิเลชันมักเกิดขึ้นโดยอาศัยเอนไซม์ที่เรียกว่าไฮดรอกซิเลสเอนไซม์เหล่านี้จะแทรกอะตอม O เข้าไปใน พันธะ C−Hอัตราส่วนทางเคมีทั่วไปสำหรับการไฮดรอกซิเลชันของไฮโดรคาร์บอนทั่วไปมีดังนี้:

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

เนื่องจากO ₂เองเป็นสารไฮดรอกซิเลชันที่ช้าและไม่เลือก จึงจำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อเร่งความเร็วของกระบวนการและแนะนำการเลือก^{[ 2 ]}

การไฮดรอกซิเลชันมีความสำคัญในการล้างพิษเนื่องจากจะเปลี่ยนสารประกอบลิโปฟิลิก ให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่ละลายน้ำได้ ( ไฮโดรฟิลิก ) ซึ่ง ไตหรือตับ สามารถกำจัด และขับออกได้ง่ายขึ้นยาบาง ชนิด (เช่นสเตียรอยด์ ) จะถูกกระตุ้นหรือยับยั้งการทำงานโดยการไฮดรอกซิเลชัน^{[ 3 ]}

ตัวเร่งปฏิกิริยาไฮดรอกซิเลชันหลักในธรรมชาติคือไซโตโครม P-450ซึ่งมีหลายร้อยรูปแบบที่เป็นที่รู้จัก^{[ 4 ]}สารไฮดรอกซิเลชันอื่นๆ ได้แก่ ฟลาวินไฮดรอกซิเลสที่ขึ้นอยู่กับอัลฟา-คีโตกลูตาเรต (ไดออกซิเจเนสที่ขึ้นอยู่กับ 2-ออกโซกลูตาเรต) และไฮดรอกซิเลสไดไอออนบางชนิด^{[ 5 ]}

การไฮดรอกซิเลชันของโปรตีนเกิดขึ้นเป็นการดัดแปลงหลังการแปลรหัสและถูกเร่งปฏิกิริยาโดยไดออกซิเจเนสที่ขึ้นอยู่กับ 2-ออกโซกลูตาเรต^{[ 6 ]}การไฮดรอกซิเลชันช่วยเพิ่มความสามารถในการละลายน้ำ รวมทั้งส่งผลต่อโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีนด้วย

กรดอะมิโนที่ถูกไฮดรอกซิเลชันบ่อยที่สุดในโปรตีน ของมนุษย์ คือโพรลีนเนื่องจากคอลลาเจนประกอบขึ้นเป็นโปรตีนประมาณ 25–35% ในร่างกายของเรา และมีไฮดรอกซีโพรลีนเกือบทุกๆ 3 หน่วยในลำดับกรดอะมิโน คอลลาเจนประกอบด้วยทั้ง 3-ไฮดรอกซีโพรลีนและ 4-ไฮดรอกซีโพรลีน^{[ 7 ]}การไฮดรอกซิเลชันเกิดขึ้นที่อะตอม γ-C ทำให้เกิดไฮดรอกซีโพรลีน (Hyp) ซึ่งทำให้โครงสร้างทุติยภูมิของคอลลาเจนมีเสถียรภาพเนื่องจากผลกระทบทางไฟฟ้าลบที่รุนแรงของออกซิเจน^{[ 8 ]}การไฮดรอกซิเลชันของโพรลีนยังเป็นองค์ประกอบสำคัญของ การตอบสนองต่อ ภาวะขาดออกซิเจนผ่านปัจจัยที่เหนี่ยวนำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจนในบางกรณี โพรลีนอาจถูกไฮดรอกซิเลชันที่อะตอม β-C แทน ปฏิกิริยาทั้งสามนี้ถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ขนาดใหญ่ที่มีหลายหน่วยย่อย ได้แก่ โพรลิล 4-ไฮดรอกซิเลสโพรลิล 3-ไฮดรอกซิเลสและไลซิล 5-ไฮดรอกซิเลสตามลำดับ เอนไซม์เหล่านี้ต้องการธาตุเหล็ก (รวมถึงออกซิเจนโมเลกุลและα-คีโตกลูตาเรต ) พวกมันใช้ออกซิเจน (สารออกซิไดซ์) และกรดแอสคอร์บิก (วิตามินซี สารรีดิวซ์) การขาดแอสคอร์เบตนำไปสู่การขาดการไฮดรอกซิเลชันของโพรลีน ซึ่งนำไปสู่คอลลาเจนที่ไม่เสถียรมากขึ้น ซึ่งอาจแสดงออกมาในรูปของโรคเลือดออกตามไรฟันเนื่องจากผลไม้ตระกูลส้มอุดมไปด้วยวิตามินซีลูกเรือ ชาวอังกฤษ จึงได้รับมะนาวเพื่อต่อสู้กับโรคเลือดออกตามไรฟันในการเดินทางทางทะเลระยะยาว ดังนั้นจึงเรียกมะนาวว่า " limeys " ^{[ 9 ]}

นอกจากโพรลีนแล้ว กรดอะมิโนอื่นๆ อีกหลายชนิดสามารถเกิดไฮดรอกซิเลชันได้ โดยเฉพาะไลซีน แอสปาราจีน แอสปาร์เทต และฮิสติดีน ไลซีนอาจเกิดไฮดรอกซิเลชันที่อะตอม δ-C ทำให้เกิดไฮดรอกซีไลซีน (Hyl) ^{[ 10 ]}โปรตีนภายในร่างกายหลายชนิดมีสารตกค้างไฮดรอกซีฟีนิลอะลานีนและไฮดรอกซีไทโรซีน สารตกค้างเหล่านี้เกิดขึ้นจากไฮดรอกซิเลชันของฟีนิลอะลานีนและไทโรซีน ซึ่งเป็นกระบวนการที่ไฮดรอกซิเลชันเปลี่ยนสารตกค้างฟีนิลอะลานีนให้เป็นสารตกค้างไทโรซีน^{[ 7 ]}ไฮดรอกซิเลชันที่ C-3 ของไทโรซีนจะให้ 3,4-ไดไฮดรอกซีฟีนิลอะลานีน (DOPA) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของฮอร์โมนและสามารถเปลี่ยนเป็นโดปามีนได้

• 17α-ไฮดรอกซิเลส
• คอเลสเตอรอล 7 อัลฟา-ไฮดรอกซิเลส
• โดปามีน β-ไฮดรอกซิเลส
• ฟีนิลอะลานีนไฮดรอกซิเลส
• ไทโรซีนไฮดรอกซิเลส

ไฮดรอกซิเลชันได้รับการศึกษามาอย่างดี แต่แทบจะไม่สามารถนำไปใช้ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ได้เลย กรด เพอร์ออกซีไตรฟลูออโร อะซิติก เปลี่ยนอะรีนบางชนิดให้เป็นฟีนอลเกลือของเพอร์ออกซีไดซัลเฟตเปลี่ยนฟีนอลให้เป็นควิโนลในการออกซิเดชันเพอร์ซัลเฟตของเอลบส์สารผสมของเฟอร์รัสซัลเฟตและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ซึ่งเป็นรีเอเจนต์เฟนตันมีพฤติกรรมคล้ายกัน^{[ 11 ]}

การติดตั้งหมู่ไฮดรอกซิลลงในสารประกอบอินทรีย์สามารถทำได้โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเลียนแบบชีวภาพ กล่าวคือ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีการออกแบบโดยได้รับแรงบันดาลใจจากเอนไซม์ เช่น ไซโตโครม P450 ^{[ 12 ]}

ในขณะที่ไฮดรอกซิเลชันจำนวนมากแทรกอะตอม O เข้าไปในพันธะC−H ปฏิกิริยาบางอย่าง จะเพิ่มกลุ่ม OH ให้กับสารตั้งต้นที่ไม่อิ่มตัว ปฏิกิริยา Sharpless dihydroxylationเป็นปฏิกิริยาดังกล่าว โดยจะเปลี่ยนแอลคีนให้เป็นไดออลกลุ่มไฮดรอกซีได้มาจากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ซึ่งจะเข้าทำปฏิกิริยากับพันธะคู่ของแอลคีน^{[ 13 ]}

มีเทนเป็นหนึ่งในสารตั้งต้นที่ถูกศึกษามากที่สุดสำหรับการไฮดรอกซิเลชัน เนื่องจากมีปริมาณมากในก๊าซธรรมชาติแม้ว่าจะมีเทนเป็นเชื้อเพลิงที่น่ายินดี แต่จะมีมูลค่ามากขึ้นหากสามารถแปลงเป็นเมทานอลได้ การศึกษาเกี่ยวกับการไฮดรอกซิเลชันของมีเทนครอบคลุมทั้งวิธีการสังเคราะห์และวิธีการทางชีวภาพ ธรรมชาติได้วิวัฒนาการเอนไซม์ที่เรียกว่ามีเทนโมโนออกซิเจเนสซึ่งมีประสิทธิภาพแต่ไม่สามารถนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้ ในทางกลับกัน ตัวเร่งปฏิกิริยาสังเคราะห์ได้รับความสนใจอย่างมาก แต่ก็ยังไม่มีคุณค่าในทางปฏิบัติ^{[ 14 ]}

• Middleton, Elliott Jr; Kandaswami, Chithan; Theoharides, Theoharis C. (2000). "ผลกระทบของฟลาโวนอยด์จากพืชต่อเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม: ผลกระทบต่อการอักเสบ โรคหัวใจ และมะเร็ง" วารสารเภสัชวิทยา 52 ( 4): 673– 751. doi : 10.1016/S0031-6997(24)01472-8 . PMID  11121513 .