Гидроксильная группа и гидроксиды¶

Гидрокси (от др.-греч. ὕδωρ — вода и ὀξύς — кислый) — часть химических терминов, обозначающая присутствие в веществе гидроксильной группы —OH либо относящаяся к соединениям, содержащим эту группу. В химии термин встречается в названиях класса неорганических соединений — гидроксидов, в наименованиях функциональных групп органических веществ, а также в ряде технических и биохимических понятий (гидроксиапатит, гидроксилирование, гидроксильный радикал).

¶Гидроксильная группа

Гидроксильная группа —OH представляет собой функциональную группу, состоящую из атома кислорода, связанного ковалентной связью с атомом водорода. В составе молекулы кислород группы связан также с другим атомом (углерода, металла, фосфора, серы и т. д.). По числу связей кислород двухвалентен, поэтому группа может выступать как одновалентный заместитель.

Ключевые характеристики группы:

• электроотрицательный атом кислорода создаёт полярную связь O—H, что обусловливает способность к образованию водородных связей;
• в водных растворах связь O—H может разрываться с отщеплением протона H⁺, что придаёт соединению кислотные свойства;
• в зависимости от окружения группа проявляет кислотные либо основные свойства.

Атом водорода гидроксильной группы подвижен и может замещаться на атом металла, что лежит в основе реакций образования солей и эфиров.

¶Гидроксиды

Гидроксиды — класс неорганических соединений, содержащих гидроксильную группу, связанную с атомом металла или неметалла. Общая формула соединений с металлами записывается как M(OH)ₙ, где n — валентность металла.

По химическим свойствам гидроксиды делят на три группы:

Растворимые в воде основания называют щелочами. К ним относятся гидроксиды щелочных и щёлочноземельных металлов — гидроксид натрия (едкий натр), гидроксид калия (едкое кали), гидроксид кальция (гашёная известь). Большинство гидроксидов переходных металлов в воде практически нерастворимы.

¶Способы получения

Основные лабораторные и промышленные методы:

• взаимодействие оксидов с водой: CaO + H₂O → Ca(OH)₂;
• реакция активных металлов с водой: 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂;
• обменные реакции солей со щелочами: AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃↓ + 3NaCl;
• электролиз водных растворов солей.

¶Применение

Гидроксиды широко используются в промышленности и быту. Гидроксид натрия применяется в производстве целлюлозы, мыла, красителей, при очистке нефтепродуктов. Гидроксид кальция служит в строительстве (известковые растворы), в сахарной промышленности, для очистки воды. Гидроксид алюминия используется как адсорбент и в производстве лекарственных препаратов-антацидов. Гидроксид аммония (водный раствор аммиака) применяется как удобрение и в химическом синтезе.

¶Гидроксильная группа в органической химии

В органических соединениях группа —OH определяет класс спиртов и фенолов. По числу групп различают одноатомные (этанол C₂H₅OH), двухатомные (этиленгликоль), трёхатомные (глицерин) спирты. Фенолы содержат группу —OH, непосредственно связанную с ароматическим кольцом.

Свойства спиртов определяются полярностью связи O—H и наличием неподелённых электронных пар на кислороде:

• образование водородных связей объясняет высокие температуры кипения спиртов по сравнению с углеводородами той же массы;
• спирты реагируют с активными металлами, образуя алкоголяты;
• при взаимодействии с кислотами образуют сложные эфиры (реакция этерификации).

Гидроксильная группа входит в состав множества биологически важных молекул — углеводов, аминокислот (серин, треонин, тирозин), нуклеиновых кислот.

¶Гидроксилирование и гидроксильный радикал

Гидроксилирование — химическая реакция введения гидроксильной группы в молекулу. В организме человека и животных этот процесс катализируется ферментами (гидроксилазами) и играет ключевую роль в метаболизме лекарств, стероидных гормонов и токсинов. Гидроксилирование повышает растворимость веществ в воде и облегчает их выведение.

Гидроксильный радикал ·OH — нейтральная высокореакционная частица, образующаяся при разложении пероксида водорода, под действием ультрафиолета или в реакциях Фентона. В атмосфере радикал участвует в разрушении озона и окислении загрязнителей. В живых клетках он относится к активным формам кислорода и способен повреждать ДНК, белки и липиды, что связывают с окислительным стрессом.

¶Гидроксиапатит

Гидроксиапатит — минерал группы апатитов с формулой Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Это основное минеральное соединение костной ткани и зубной эмали позвоночных. Синтетический гидроксиапатит применяется в медицине как материал для костных имплантатов и в стоматологии в составе зубных паст для реминерализации эмали.

¶Значение термина

Приставка «гидрокси-» в систематической номенклатуре ИЮПАК указывает на наличие группы —OH в соединении (например, гидроксибензол — фенол, гидроксиэтановая кислота — гликолевая кислота). Термин объединяет широкий круг явлений — от простейших неорганических оснований до сложных биохимических процессов, что делает понятие одним из базовых в химии.