HYDROXYL (OH): CẤU TRÚC, ION VÀ NHÓM CHỨC - HÓA HỌC - 2025

Nhóm hydroxyl (OH) là nhóm có một nguyên tử oxy và tương tự như phân tử nước. Nó có thể được tìm thấy dưới dạng một nhóm, một ion hoặc một gốc (OH ^· ). Trong thế giới hóa học hữu cơ, nó hình thành một liên kết về cơ bản với nguyên tử cacbon, mặc dù nó cũng có thể liên kết với lưu huỳnh hoặc phốt pho.

Mặt khác, trong hóa học vô cơ, nó tham gia như một ion hydroxyl (cụ thể hơn là hydroxit hoặc ion hydroxyl). Đó là, loại liên kết giữa kim loại này và các kim loại không phải là cộng hóa trị, mà là ion hoặc phối trí. Chính vì vậy, nó là “ký tự” rất quan trọng quy định tính chất và sự biến đổi của nhiều loại hợp chất.

Như có thể thấy trong hình trên, nhóm OH được liên kết với một gốc được ký hiệu bằng chữ R (nếu nó là ankyl) hoặc bằng chữ Ar (nếu nó là chất thơm). Để không phân biệt giữa hai thứ, đôi khi nó được biểu diễn liên kết với một “sóng”. Vì vậy, tùy thuộc vào những gì đằng sau "làn sóng" đó, chúng tôi nói về hợp chất hữu cơ này hay hợp chất khác.

Nhóm OH đóng góp gì vào phân tử mà nó liên kết? Câu trả lời nằm ở chỗ proton của chúng, có thể bị bazơ mạnh "tóm lấy" để tạo thành muối; chúng cũng có thể tương tác với các nhóm xung quanh khác thông qua liên kết hydro. Dù ở đâu, nó cũng đại diện cho một vùng tiềm năng hình thành nước.

Kết cấu

Cấu trúc của nhóm hydroxyl là gì? Phân tử nước có dạng góc cạnh; nghĩa là, nó trông giống như một boomerang. Nếu chúng "cắt" một trong các đầu của nó - hoặc giống nhau, loại bỏ một proton - hai trường hợp có thể xảy ra: gốc (OH ^· ) hoặc ion hydroxyl (OH ^- ) được tạo ra. Tuy nhiên, cả hai đều có dạng hình học tuyến tính phân tử (nhưng không phải điện tử).

Rõ ràng điều này là do thực tế là các liên kết đơn giản định hướng cho hai nguyên tử luôn thẳng hàng, nhưng điều này không xảy ra với các obitan lai hóa của chúng (theo lý thuyết liên kết hóa trị).

Mặt khác, là phân tử nước HOH và biết rằng nó là góc, việc thay đổi H cho R hoặc Ar sẽ tạo ra ROH hoặc Ar-OH. Ở đây, vùng chính xác liên quan đến ba nguyên tử có dạng hình học phân tử góc, nhưng vùng của hai nguyên tử OH là tuyến tính.

Liên kết hydro

Nhóm OH cho phép các phân tử sở hữu nó tương tác với nhau thông qua liên kết hydro. Bản thân chúng không mạnh, nhưng khi số lượng OH trong cấu trúc của hợp chất tăng lên, tác dụng của chúng nhân lên và được phản ánh trong các tính chất vật lý của hợp chất.

Vì những cầu nối này yêu cầu các nguyên tử của chúng phải đối diện nhau, khi đó nguyên tử oxy của một nhóm OH phải tạo thành một đường thẳng với hydro của một nhóm thứ hai.

Điều này gây ra những sắp xếp không gian rất cụ thể, chẳng hạn như những sắp xếp được tìm thấy trong cấu trúc của phân tử DNA (giữa các bazơ nitơ).

Tương tự như vậy, số lượng nhóm OH trong cấu trúc tỷ lệ thuận với ái lực của nước đối với phân tử hoặc ngược lại. Nó có nghĩa là gì? Ví dụ, mặc dù đường có cấu trúc cacbon kỵ nước, nhưng số lượng lớn các nhóm OH của nó làm cho nó rất dễ hòa tan trong nước.

Tuy nhiên, trong một số chất rắn, tương tác giữa các phân tử mạnh đến mức chúng "thích" dính vào nhau hơn là hòa tan trong một dung môi nhất định.

Ion hydroxyl

Mặc dù ion và nhóm hydroxyl rất giống nhau, nhưng tính chất hóa học của chúng rất khác nhau. Ion hydroxyl là một bazơ cực kỳ mạnh; nghĩa là, nó chấp nhận proton, thậm chí bằng lực, để trở thành nước.

Tại sao? Bởi vì nó là một phân tử nước không hoàn chỉnh, mang điện tích âm, và mong muốn hoàn thành với việc bổ sung một proton.

Một phản ứng điển hình để giải thích tính bazơ của ion này là:

R-OH + OH ^- => RO ^- + H ₂ O

Điều này xảy ra khi một dung dịch bazơ được thêm vào rượu. Tại đây, ion alkoxit (RO ^- ) liên kết ngay lập tức với một ion dương trong dung dịch; tức là cation Na ⁺ (RONa).

Vì nhóm OH không cần proton nên nó là một bazơ cực kỳ yếu, nhưng có thể thấy trong phương trình hóa học, nó có thể tặng proton, mặc dù chỉ với bazơ rất mạnh.

Tương tự, điều đáng nói là bản chất nucleophin của OH ^- . Nó có nghĩa là gì? Vì nó là một ion âm rất nhỏ, nó có thể di chuyển nhanh chóng để tấn công các hạt nhân dương (không phải hạt nhân nguyên tử).

Các hạt nhân dương này là các nguyên tử của phân tử bị thiếu hụt điện tử do môi trường âm điện của chúng.

Phản ứng khử nước

Nhóm OH chỉ chấp nhận proton trong môi trường có tính axit cao, dẫn đến phản ứng sau:

R-OH + H ⁺ => RO ₂ H ⁺

Trong biểu thức này, H ⁺ là một proton có tính axit được tạo ra bởi một loại rất axit (H ₂ SO ₄ , HCl, HI, v.v.). Ở đây một phân tử nước được hình thành, nhưng nó được liên kết với phần còn lại của cấu trúc hữu cơ (hoặc vô cơ).

Điện tích dương trên nguyên tử oxy làm suy yếu liên kết RO ₂ H ⁺ , dẫn đến giải phóng nước. Vì lý do này, nó được gọi là phản ứng khử nước, vì rượu trong môi trường axit giải phóng nước lỏng.

Tiếp theo là gì? Sự hình thành của những gì được gọi là anken (R ₂ C = CR ₂ hoặc R ₂ C = CH ₂ ).

Nhóm chức năng

Rượu

Bản thân nhóm hydroxyl đã là một nhóm chức: nhóm chức của rượu. Ví dụ về loại hợp chất này là rượu etylic (EtOH) và propanol (CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH).

Chúng thường là chất lỏng có thể trộn lẫn với nước vì chúng có thể tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử của chúng.

Phenol

Một loại rượu khác là chất thơm (ArOH). Ar biểu thị một gốc aryl, không phải là một vòng benzen có hoặc không có nhóm thế ankyl.

Tính thơm của các loại rượu này làm cho chúng có khả năng chống lại sự tấn công của proton axit; nói cách khác, chúng không thể bị khử nước (miễn là nhóm OH được gắn trực tiếp vào vòng).

Đây là trường hợp của phenol (C ₆ H ₅ OH):

Vòng phenolic có thể là một phần của cấu trúc lớn hơn, như trong tyrosine axit amin.

Axit cacboxylic

Cuối cùng, nhóm hydroxyl tạo nên tính chất axit của nhóm cacboxyl có trong axit hữu cơ (-COOH). Ở đây, không giống như rượu hoặc phenol, bản thân OH rất có tính axit, proton của nó được tạo thành bazơ mạnh hoặc hơi mạnh.

Người giới thiệu

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 7 tháng 2 năm 2017). Định nghĩa Nhóm Hydroxyl. Lấy từ: thinkco.com
2. Wikipedia. (2018). Nhóm hydroxy. Lấy từ: en.wikipedia.org
3. Dự án Sinh học. (Ngày 25 tháng 8 năm 2003). Axit amin hydroxyl. Khoa Hóa sinh và Lý sinh Phân tử Đại học Arizona. Lấy từ: Biology.arizona.edu
4. Tiến sĩ JA Colapret. Cồn. Lấy từ: colapret.cm.utexas.edu
5. Quimicas.net (2018). Nhóm Hydroxyl. Phục hồi từ: quimicas.net
6. Tiến sĩ Ian Hunt. Mất nước của rượu. Khoa Hóa học, Đại học Calgary. Lấy từ: chem.ucalgary.ca