
化学において、ヒドロキシ基または水酸基とは、化学式が-OHで表され、1つの酸素原子が1つの水素原子に共有結合した官能基のことである。有機化学では、アルコール類やカルボン酸類は1つ以上のヒドロキシ基を含む。負に帯電した陰イオンHO⁻ (水酸化物イオンと呼ばれる)と中性ラジカルHO・(ヒドロキシルラジカルとして知られる)は、いずれも結合していないヒドロキシ基から構成されている。
IUPACの定義によれば、ヒドロキシルという用語はヒドロキシルラジカル(・OH)のみを指し、官能基−OHはヒドロキシ基と呼ばれる。[ 1 ]

水、アルコール、カルボン酸、およびその他多くのヒドロキシ基含有化合物は、酸素の電気陰性度(3.5)と水素の電気陰性度(2.1)の大きな差により、容易に脱プロトン化されます。ヒドロキシ基含有化合物は分子間水素結合に関与し、分子間の静電引力を増加させるため、この官能基を持たない化合物よりも沸点と融点が高くなります。有機化合物は、糖類やアミノ酸に代表されるように、水に溶けにくい場合が多いですが、2つ以上のヒドロキシ基を含むと水溶性になります。[ 2 ] [ 3 ]
ヒドロキシ基は化学や生化学において広く見られます。多くの無機化合物にはヒドロキシ基が含まれており、工業的に最も大規模に生産されている化学物質である硫酸もその一つです。 [ 4 ]
ヒドロキシ基は、単純な生体分子を長い鎖に連結する脱水反応に関与する。脂肪酸がグリセロールに結合してトリアシルグリセロールを形成すると、脂肪酸のカルボキシ末端から-OHが除去される。2つのアルデヒド糖が結合して二糖を形成すると、一方の糖のアルデヒド末端のカルボキシル基から-OHが除去される。2つのアミノ酸を連結してタンパク質を作るペプチド結合の形成では、一方のアミノ酸のカルボキシル基から-OHが除去される。[ 5 ]
ヒドロキシルラジカルは反応性が非常に高く、化学反応を起こして寿命が短くなります。生物系がヒドロキシルラジカルにさらされると、ヒトの細胞を含む細胞に損傷を与える可能性があり、DNA、脂質、タンパク質と反応することがあります。[ 6 ]
地球の夜空は、原子や分子の放射遷移によって生じる大気光と呼ばれる拡散光によって照らされています。 [ 7 ] 地球の夜空で観測される最も強い特徴の一つは、700ナノメートルから900ナノメートルの波長の赤外線遷移群です 。1950年、アデン・マイネルは、これらが水酸基分子OHの遷移であることを示しました。[ 8 ]
2009年、インドのチャンドラヤーン1号衛星とアメリカ航空宇宙局(NASA)のカッシーニ探査機およびディープインパクト探査機はそれぞれ、月面上の水酸基断片の証拠によって水の存在の証拠を検出した。リチャード・カーの報告によると、「分光計(月鉱物マッピング装置、通称「M3」)は、 水または水酸基(水素と酸素が結合したもの)のみが生成できる波長3.0マイクロメートルの赤外線吸収を検出した」[ 9 ]。NASAはまた、2009年にLCROSS探査機が水酸基の存在と一致する紫外線放射スペクトルを明らかにしたと報告した[ 10 ] 。
2020年10月26日、NASAは成層圏赤外線天文台(SOFIA)によって得られた、クラビウス・クレーター付近の月の太陽光が当たる表面に水が存在するという決定的な証拠を報告した。[ 11 ] SOFIA望遠鏡用のSOFIA微弱天体赤外線カメラ(FORCAST)は、水には存在するが水酸基には存在しない波長6.1マイクロメートルの放射帯を検出した。月の表面の水の量は、月の土壌1立方メートルあたり12オンスのペットボトル1本分の水に相当すると推定された。[ 12 ]
2020年12月1日に月面に着陸した嫦娥5号探査機には、月の岩石やレゴリスの赤外線反射スペクトルを測定できる鉱物分光計が搭載されていた。2.85マイクロメートルの波長における岩石サンプルの反射スペクトルは、局所的 な水/水酸基濃度が180ppmにも達することを示した。[ 13 ]
金星探査機「ビーナス・エクスプレス」は、2006年4月から2014年12月まで金星の科学データを収集した。2008年、ピッチオーニらは、ビーナス・エクスプレスに搭載された可視赤外線熱画像分光計(VIRTIS)を用いて金星の大気の夜側大気光放射を測定したと報告した。彼らは、1.40~1.49 マイクロメートルと2.6~3.14マイクロメートルの波長範囲の放射帯をOHの振動遷移に起因するものとした。[ 14 ]これは、地球以外の惑星の大気にOHが存在することを示す最初の証拠であった。[ 14 ]
2013年、火星の極地の冬の大気の夜光において、火星小型偵察撮像分光計(CRISM)を用いてOH近赤外線スペクトルが観測された。[ 15 ]
2021年、系外惑星WASP-33bの昼側の大気中のOHの証拠が、1~2マイクロメートルの波長の放射スペクトルで発見された。[ 16 ]その後、系外惑星WASP-76bの大気中のOHの証拠が発見された。[ 17 ] WASP-33bとWASP-76bはどちらも超高温の木星であり、大気中の水は解離イオンとして存在している可能性が高い。