Estrutura de hidroxila (OH), íon e grupos funcionais

O grupo hidroxila (OH) é aquele que tem um átomo de oxigênio e se assemelha a uma molécula de água. Pode ser encontrado como um grupo, um íon ou um radical (OH^·). No mundo da química orgânica, ela essencialmente se liga ao átomo de carbono, embora também possa fazê-lo com enxofre ou fósforo.

Por outro lado, na química inorgânica participa como um íon hidroxila (mais especificamente íon hidróxido ou oxidrila). Ou seja, o tipo de ligação entre ele e os metais não é covalente, mas iônico ou coordenação. Por causa disso, é um "personagem" muito importante que define as propriedades e transformações de muitos compostos.

Como pode ser visto na imagem acima, o grupo OH está ligado a um radical denotado pela letra R (se é alquila) ou com a letra Ar (se é aromático). Para não fazer distinção entre os dois, às vezes é representado ligado a uma "onda". Assim, dependendo do que está por trás dessa "onda", falamos de um composto orgânico ou outro.

O que o grupo OH contribui para a molécula a qual se liga? A resposta está em seus prótons, que podem ser "capturados" por bases fortes para formar sais; eles também podem interagir com outros grupos circundantes por meio de ligações de hidrogênio. Onde quer que seja, representa uma região potencial de formação de água.

Índice

• 1 estrutura
  • 1.1 pontes de hidrogênio
• 2 hidroxila de íon
• 3 reação de desidratação
• 4 grupos funcionais
  • 4.1 Álcoois
  • 4.2 Fenóis
  • 4.3 Ácidos carboxílicos
• 5 referências

Estrutura

Qual é a estrutura do grupo hidroxila? A molécula de água é angular; isto é, parece um bumerangue. Se você "cortar" uma de suas extremidades - ou o que é o mesmo, remover um próton - pode haver duas situações: o radical é produzido (OH^·) ou o ião hidroxilo (OH^-). No entanto, ambos têm uma geometria molecular linear (mas não eletrônica).

Obviamente, isso ocorre porque os elos simples orientam dois átomos a permanecer alinhados, mas não o mesmo com seus orbitais híbridos (de acordo com a teoria das ligações de valência).

Por outro lado, sendo a molécula de água H-O-H e sabendo que é angular, a mudança de H por R ou Ar origina R-O-H ou Ar-O-H. Aqui, a região exata envolvendo os três átomos é de uma geometria molecular angular, mas a dos dois átomos O-H é linear.

Pontes de hidrogênio

O grupo OH permite que as moléculas que o interagem entre si através de ligações de hidrogênio. Por si só não são fortes, mas como o número de OH aumenta na estrutura do composto, seus efeitos multiplicam-se e refletem-se nas propriedades físicas do mesmo.

Como essas pontes exigem que seus átomos se encontrem, então o átomo de oxigênio de um grupo OH deve formar uma linha reta com o hidrogênio de um segundo grupo.

Isso resulta em arranjos espaciais muito específicos, como aqueles encontrados dentro da estrutura da molécula de DNA (entre bases nitrogenadas).

Da mesma forma, o número de grupos OH em uma estrutura é diretamente proporcional à afinidade da água pela molécula ou vice-versa. Que significa? Por exemplo, embora o açúcar tenha uma estrutura de carbono hidrofóbica, seu grande número de grupos OH o torna muito solúvel em água.

No entanto, em alguns sólidos, as interações intermoleculares são tão fortes que "preferem" permanecer juntas antes de se dissolverem em um determinado solvente.

Íon hidroxila

Embora o íon e o grupo hidroxila sejam muito semelhantes, suas propriedades químicas são muito diferentes. O íon hidroxila é uma base extremamente forte; isto é, aceita prótons, mesmo à força, para se tornarem água.

Por quê? Porque é uma molécula de água incompleta, carregada negativamente e ansiosa para ser completada com a adição de um próton.

Uma reação típica para explicar a basicidade desse íon é a seguinte:

R-OH + OH^- => R-O^- + H₂O

Isso ocorre quando uma solução básica é adicionada a um álcool. Aqui o íon alcóxido (RO^-) é imediatamente associado a um íon positivo na solução; isto é, a Na cação⁺ (RONa)

Como o grupo OH não precisa ser protonado, é uma base extremamente fraca, mas, como pode ser visto na equação química, pode doar prótons, embora apenas em bases muito fortes.

Da mesma forma, vale a pena mencionar o caráter nucleofílico OH^-. Oque quer dizer? Como é um íon negativo muito pequeno, pode se mover rapidamente para atacar núcleos positivos (não núcleos atômicos).

Esses núcleos positivos são átomos de uma molécula que sofre de uma deficiência eletrônica devido ao seu ambiente eletronegativo.

Reação de desidratação

O grupo OH aceita prótons somente em meios muito ácidos, dando origem à seguinte reação:

R-OH + H⁺ => R-O₂H⁺

Na referida expressão H⁺ é um próton ácido doado por uma espécie muito ácida (H₂SO₄, HCl, HI, etc.). Aqui uma molécula de água é formada, mas está ligada ao resto da estrutura orgânica (ou inorgânica).

A carga positiva parcial no átomo de oxigênio causa o enfraquecimento da ligação R-O₂H⁺, resultando na liberação de água. Por essa razão, é conhecida como uma reação de desidratação, uma vez que álcoois em meio ácido liberam água líquida.

O que vem a seguir? A formação do que é conhecido como alcenos (R₂C = CR₂ ou R₂C = CH₂).

Grupos funcionais

Álcoois

O grupo hidroxila sozinho já é um grupo funcional: o dos álcoois. Exemplos deste tipo de compostos são álcool etílico (EtOH) e propanol (CH₃CH₂CH₂OH)

Eles são geralmente líquidos miscíveis em água porque podem formar pontes de hidrogênio entre suas moléculas.

Fenóis

Outro tipo de álcoois são aromáticos (ArOH). Ar denota um radical arilo, que não é mais do que um anel benzeno com ou sem substituintes alquilo.

A aromaticidade desses álcoois os torna resistentes a ataques de prótons ácidos; em outras palavras, eles não podem ser desidratados (desde que o grupo OH esteja ligado diretamente ao anel).

Este é o caso do fenol (C₆H₅OH):

O anel fenólico pode fazer parte de uma estrutura maior, como no aminoácido tirosina.

Ácidos carboxílicos

Finalmente, o grupo hidroxilo constitui o carácter ácido do grupo carboxilo presente nos ácidos orgânicos (-COOH). Aqui, diferentemente dos álcoois ou fenóis, o OH é muito ácido, sendo seu próton doado para bases fortes ou levemente fortes.

Referências

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (7 de fevereiro de 2017). Definição de Grupo Hidroxila. Retirado de: thoughtco.com
2. Wikipédia. (2018) Grupo hidroxi. Retirado de: en.wikipedia.org
3. O projeto de biologia. (25 de agosto de 2003). Aminoácidos Hidroxilados. Departamento de Bioquímica e Biofísica Molecular da Universidade do Arizona. Retirado de: biology.arizona.edu
4. Dr. J.A. Colapret Álcoois Retirado de: colapret.cm.utexas.edu
5. Quimicas.net (2018). O Grupo Hydroxyl. Recuperado de: quimicas.net
6. Dr. Ian Hunt. Desidratação de Álcoois. Departamento de Química da Universidade de Calgary. Retirado de: chem.ucalgary.ca