HYDROXYLE (OH): STRUCTURE, ION ET GROUPES FONCTIONNELS - CHIMIE - 2025

Le groupe hydroxyle (OH) est celui qui a un atome d'oxygène et est similaire à une molécule d'eau. Il peut être trouvé sous forme de groupe, d'ion ou de radical (OH ^·). Dans le monde de la chimie organique, il forme une liaison essentiellement avec l'atome de carbone, bien qu'il puisse également se lier avec le soufre ou le phosphore.

En revanche, dans la chimie inorganique, il participe en tant qu'ion hydroxyle (plus précisément hydroxyde ou ion hydroxyle). Autrement dit, le type de liaison entre celui-ci et les métaux n'est pas covalente, mais ionique ou de coordination. Pour cette raison, c'est un «caractère» très important qui définit les propriétés et les transformations de nombreux composés.

Comme on peut le voir sur l'image ci-dessus, le groupement OH est lié à un radical noté par la lettre R (s'il s'agit d'un alkyle) ou par la lettre Ar (s'il est aromatique). Afin de ne pas distinguer les deux, il est parfois représenté lié à une «vague». Ainsi, selon ce qui se cache derrière cette «vague», on parle d'un composé organique ou d'un autre.

Quelle est la contribution du groupe OH à la molécule à laquelle il se lie? La réponse réside dans leurs protons, qui peuvent être «arrachés» par des bases fortes pour former des sels; ils peuvent également interagir avec d'autres groupes environnants via des liaisons hydrogène. Où qu'il se trouve, il représente une région potentielle de formation d'eau.

Structure

Quelle est la structure du groupe hydroxyle? La molécule d'eau est anguleuse; c'est-à-dire qu'il ressemble à un boomerang. S'ils "coupent" une de ses extrémités - ou ce qui est pareil, enlèvent un proton - deux situations peuvent se produire: le radical (OH ^·) ou l'ion hydroxyle (OH ^-) est produit. Cependant, les deux ont une géométrie moléculaire linéaire (mais pas électronique).

Cela est évidemment dû au fait que les liaisons simples orientent deux atomes pour rester alignés, mais il n'en va pas de même avec leurs orbitales hybrides (selon la théorie des liaisons de valence).

D'autre part, étant la molécule d'eau HOH et sachant qu'elle est angulaire, changer H pour R ou Ar est à l'origine de ROH ou Ar-OH. Ici, la région exacte impliquant les trois atomes est de géométrie moléculaire angulaire, mais celle des deux atomes OH est linéaire.

Liaisons hydrogène

Le groupe OH permet aux molécules qui le possèdent d'interagir les unes avec les autres par le biais de liaisons hydrogène. En eux-mêmes, ils ne sont pas forts, mais à mesure que le nombre d'OH dans la structure du composé augmente, leurs effets se multiplient et se reflètent dans les propriétés physiques du composé.

Étant donné que ces ponts nécessitent que leurs atomes se font face, l'atome d'oxygène d'un groupe OH doit former une ligne droite avec l'hydrogène d'un deuxième groupe.

Cela provoque des arrangements spatiaux très spécifiques, tels que ceux trouvés dans la structure de la molécule d'ADN (entre les bases azotées).

De même, le nombre de groupes OH dans une structure est directement proportionnel à l'affinité de l'eau pour la molécule ou vice versa. Que signifie? Par exemple, bien que le sucre ait une structure carbonée hydrophobe, son grand nombre de groupes OH le rend très soluble dans l'eau.

Cependant, dans certains solides, les interactions intermoléculaires sont si fortes qu'ils «préfèrent» se coller ensemble plutôt que se dissoudre dans un certain solvant.

Ion hydroxyle

Bien que l'ion et le groupe hydroxyle soient très similaires, leurs propriétés chimiques sont très différentes. L'ion hydroxyle est une base extrêmement forte; c'est-à-dire qu'il accepte des protons, même par la force, pour devenir de l'eau.

Parce que? Parce qu'il s'agit d'une molécule d'eau incomplète, chargée négativement et désireuse de compléter avec l'ajout d'un proton.

Une réaction typique pour expliquer la basicité de cet ion est la suivante:

R-OH + OH ^- => RO ^- + H ₂ O

Cela se produit lorsqu'une solution basique est ajoutée à un alcool. Ici, l'ion alcoxyde (RO ^-) s'associe immédiatement à un ion positif dans la solution; c'est-à-dire le cation Na ⁺ (RONa).

Comme le groupe OH n'a pas besoin d'être protoné, c'est une base extrêmement faible, mais comme on peut le voir dans l'équation chimique, il peut donner des protons, bien qu'avec des bases très fortes.

De même, il convient de mentionner la nature nucléophile de OH ^-. Que voulez-vous dire? Puisqu'il s'agit d'un très petit ion négatif, il peut se déplacer rapidement pour attaquer les noyaux positifs (pas les noyaux atomiques).

Ces noyaux positifs sont des atomes d'une molécule qui souffrent d'un déficit électronique en raison de leur environnement électronégatif.

Réaction de déshydratation

Le groupe OH n'accepte les protons que dans des milieux hautement acides, conduisant à la réaction suivante:

R-OH + H ⁺ => RO ₂ H ⁺

Dans cette expression H ⁺ est un proton acide donné par une espèce très acide (H ₂ SO ₄, HCl, HI, etc.). Ici, une molécule d'eau se forme, mais elle est liée au reste de la structure organique (ou inorganique).

La charge partielle positive sur l'atome d'oxygène provoque l'affaiblissement de la liaison RO ₂ H ⁺, entraînant la libération d'eau. Pour cette raison, elle est connue sous le nom de réaction de déshydratation, car les alcools dans les milieux acides libèrent de l'eau liquide.

Que ce passe t-il après? La formation de ce que l'on appelle les alcènes (R ₂ C = CR ₂ ou R ₂ C = CH ₂).

Groupes fonctionnels

Alcools

Le groupe hydroxyle à lui seul est déjà un groupe fonctionnel: celui des alcools. Des exemples de ce type de composé sont l'alcool éthylique (EtOH) et le propanol (CH ₃ CH ₂ CH ₂ OH).

Ils sont généralement miscibles aux liquides avec l'eau car ils peuvent former des liaisons hydrogène entre leurs molécules.

Phénols

Un autre type d'alcools sont les aromatiques (ArOH). Ar désigne un radical aryle, qui n'est rien de plus qu'un cycle benzénique avec ou sans substituants alkyle.

L'aromaticité de ces alcools les rend résistants aux attaques de protons acides; en d'autres termes, ils ne peuvent pas être déshydratés (tant que le groupe OH est directement attaché au cycle).

C'est le cas du phénol (C ₆ H ₅ OH):

Le cycle phénolique peut faire partie d'une structure plus large, comme dans l'acide aminé tyrosine.

Acides carboxyliques

Enfin, le groupe hydroxyle constitue le caractère acide du groupe carboxyle présent dans les acides organiques (-COOH). Ici, contrairement aux alcools ou aux phénols, l'OH lui-même est très acide, son proton étant donné à des bases fortes ou légèrement fortes.

Références

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6. Dr Ian Hunt. Déshydratation des alcools. Département de chimie, Université de Calgary. Tiré de: chem.ucalgary.ca