Hydroxyl

Hiđrôxyl trong hóa học là sự kết hợp của một nguyên tử ôxy với một nguyên tử hiđrô bằng liên kết cộng hóa trị. Các dạng tồn tại của nó là nhóm hiđrôxyl trong các hợp chất hữu cơ, gốc hiđrôxyl tự do cũng như dạng ion hiđrôxyl gọi là hiđrôxít. Khi nguyên tử ôxy liên kết với phần thế có kích thước lớn thì nhóm hiđrôxyl được gọi là một nhóm chức.

Hiđrôxít

Nhóm hiđrôxyl

Thuật ngữ nhóm hiđrôxyl được sử dụng để chỉ một nhóm chức là -OH khi nó là một nhóm thay thế trong các hợp chất hữu cơ.Các phân tử hữu cơ chứa nhóm hiđrôxyl được gọi là rượu, trong đó các rượu đơn giản nhất có công thức C_nH_2n+1-OH) ví dụ như CH₃OH (mêtanol), C₂H₅OH (êtanol).

Gốc hiđrôxyl tự do

Quỹ đạo phân tử của gốc hiđrôxyl với điện tử không bắt cặp

Gốc hiđrôxyl (•OH) tự do, có khả năng tham gia phản ứng rất cao và vì thế nó chỉ tồn tại trong thời gian rất ngắn, tuy nhiên, nó tạo thành một phần quan trọng của hóa học về gốc. Phần lớn các gốc hiđrôxyl tự do đáng lưu ý đến đều được sinh ra từ sự phân hủy của các perôxít (ROOH), hay trong hóa học khí quyển, bằng phản ứng của nguyên tử ôxy đang tồn tại với nước. Nó cũng là một gốc quan trọng được hình thành trong bức xạ hóa học, do nó dẫn tới sự hình thành của perôxít hiđrô và ôxy, điều này dẫn tới sự gia tăng của quá trình ăn mòn và cracking ứng suất ăn mòn (SCC) trong các hệ thống làm lạnh liên quan tới các môi trường phóng xạ.

Trong tổng hợp hữu cơ, các gốc hiđrôxyl chủ yếu được sinh ra nhờ sự quang phân của 1-Hiđrôxy-2(1H)-pyridinethion.

Tầm quan trọng trong khí quyển

Các gốc hiđrôxyl thông thường được coi là "chất tẩy rửa" của tầng đối lưu do nó phản ứng với nhiều chất gây ô nhiễm không khí, thông thường đóng vai trò của bước đầu tiên trong việc loại bỏ các chất này. Phản ứng đầu tiên của nó với nhiều hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) là loại bỏ nguyên tử hiđrô để tạo ra nước và gốc ankyl (R•).

OH + RH → H₂O + R•

Gốc ankyl thông thường sẽ phản ứng nhanh chóng với ôxy để tạo ra gốc perôxy.

R• + O₂ → RO₂

Sự hủy diệt của gốc này trong tầng đối lưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như cường độ chiếu sáng từ Mặt Trời, độ ô nhiễm trong khí quyển và bản chất của gốc ankyl đã tạo ra nó.

Trầm quan trọng sinh học

Gốc hiđrôxyl tự do có chu kỳ bán rã trong cơ thể sống (in vivo) rất ngắn, chỉ khoảng 10^-9 s và có khả năng phản ứng cao. Điều này làm cho nó là một chất rất nguy hiểm trong cơ thể sinh vật. Không giống như superôxít, là chất có khả năng bị khử độc bằng enzym superôxít dismutaza (SOD), gốc hiđrôxyl không thể loại bỏ bằng các phản ứng theo cơ chế enzym, do điều này đòi hỏi sự khuyếch tán của nó trong hệ thống hoạt hóa enzym. Do sự khuyếch tán là chậm hơn nhiều so với chu kỳ bán rã của gốc này nên nó sẽ phản ứng với bất kỳ hợp chất nào có khả năng ôxi hóa nằm xung quanh nó. Điều này làm cho nó có thể gây tổn hại gần như mọi kiểu phân tử lớn: các cacbohyđrat, các axít nucleic (gây ra đột biến), các lipit (perôxít hóa lipit) và các axít amin (chẳng hạn chuyển hóa phenylalanin thành m-tyrosin và o-tyrosin). Biện pháp duy nhất để bảo vệ các cấu trúc tế bào quan trọng là sử dụng các chất chống ôxi hóa như glutathion và các hệ thống sửa chữa có hiệu quả.

Xem thêm