Hidroxilcsoport

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A szerves kémiában a hidroxilcsoport olyan funkciós csoport, amelyben egy oxigénatom egyszeres kovalens kötéssel kapcsolódik egy hidrogénatomhoz: –O–H. A hidroxilcsoportot tartalmazó vegyületek molekulái között hidrogénkötések jönnek létre. A hidroxilcsoport tulajdonságait az határozza meg, hogy a hidroxilcsoport milyen molekulához kapcsolódik.

Hidroxilcsoport
100
hidroxilcsoport
Az alkoholok általános képlete
eténol
Ethenol-2D.png
Az eténol szerkezeti képlete
Ethenol-3D-balls.png
Ha másként nem jelöljük, az adatok
az anyag standard állapotára vonatkoznak.
(25 °C, 100 kPa)
Etinol: a legegyszerűbb inol
Az inolát anion szerkezete

Vegyületek OH-csoporttal[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Alkoholok, karbonsavak, enolok, fenolok, inolok, cukrok (szőlőcukor, répacukor, gyümölcscukor), illetve a DNS és RNS egyes építőelemei: ribóz, 2-dezoxiribóz, foszforsav, ATP. Egyes enzimek és foszfolipidek. A fehérjealkotó aminosavak közül a szerin, tirozin és treonin.

Kémiai tulajdonságok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidroxilcsoportot tartalmazó vegyületek viselkedhetnek savként és bázisként is: Etanol és nátrium reakciójakor nátrium-etoxid (nátrium-etanolát) és hidrogén keletkezik:

2 C2H5OH + 2 Na → 2 C2H5ONa + H2

Etanol és sósav reakciójakor etil-oxóniumion keletkezik.

\mathrm{C_2H_5OH + HCl \rightleftharpoons C_2H_5OH_2Cl}

Savakkal vízkilépés közben történt egyesüléssel észtereket képezhetnek, az alkoholok karbonsav észtereit karbonsavésztereknek hívjuk. Például etanol és etánsav etil-etanoáttá (etil-acetáttá) egyesül:

\mathrm{C_2H_5OH + CH_3COOH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O}

Az észterek képződése megfordítható folyamat.

Oldhatóság[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A kis szénatomszámú hidroxilcsoportot tartalmazó vegyületek jól oldódnak vízben és poláris oldószerekben, a szénatomszám növekedésével a vízoldhatóság csökken.

Csoportosítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidroxilcsoport tulajdonságai függnek attól, hogy milyen molekulához kapcsolódik (például az O–H kötés polaritása, a hidroxilcsoportot tartalmazó molekula kémhatása) emiatt megkülönböztetünk alkoholos, enolos, fenolos, glikozidos hidroxilcsoportokat. A cukrokban a glikozidos hidroxilcsoport vízben átalakulhat oxocsoporttá (például: szőlőcukor).

A hidroxivegyületeket az alábbi szempontok szerint csoportosíthatjuk:

  • A hidroxilcsoporthoz kapcsolódó szénhidrogénlánc jellege alapján: a telített szénhidrogénekből képzett származékokat alkoholoknak, a telítetlen szénhidrogének kettős kötésű szénatomjához kapcsolódó hidroxilcsoportot tartalmazó származékokat enoloknak, a hármas kötésű szénatomhoz kapcsolódó hidroxilcsoportot tartalmazó vegyületeket inoloknak, az aromás gyűrűn hidroxilcsoporttal szubsztituált vegyületeket fenoloknak nevezzük.
  • Értékűség szerint: az egy molekulában található hidroxilcsoportok száma szerint megkülönböztetünk egy-, két-, három- vagy többértékű alkoholokat illetve fenolokat. Két (vagy több) OH csoport esetén ezek egymáshoz való közelsége alapján is csoportosíthatóak: geminális, vicinális, diszjunkt.
  • Rendűség szerint: a hidroxilcsoportot viselő szénatom rendűsége szerint vannak első-, másod- és harmadrendű (primer, szekunder és tercier) alkoholok.

Hidroxilcsoport karboxilcsoport részeként[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A karboxilcsoportban a kettős kötésű oxigénatom elektronvonzó hatása érvényesül az ugyanehhez a szénatomhoz kapcsolódó hidroxilcsoport O–H kötésének elektronpárjára is. Emiatt a karboxilcsoport O–H kötése polárisabb, mint az alkoholok O–H kötése.

Glikozidos hidroxilcsoport keletkezése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az olyan vegyületek, amelyekben oxocsoport és hidroxilcsoport is megtalálható, és azok egymás közelébe kerülhetnek, a két molekularészlet addíciójával gyűrűs szerkezet és glikozidos hidroxilcsoport keletkezik. Vizes oldatban azonban a gyűrű felnyílhat és a glikozidos hidroxilcsoport visszaalakul oxocsoporttá. A sima hidroxilcsoport a glikozidos hidroxilcsoporttal ellentétben a vízben nem alakulhat oxocsoporttá.

Előállítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Hidroxilcsoport keletkezik az oxocsoport és karbonilcsoport (aldehidek és ketonok) hidrogénaddíciója (redukciója) során.

Elsőrendű (primer) alkoholok és enolok előállíthatóak aldehidek hidrogénaddíciójával. Például etanal (acetaldehid) és hidrogén egyesülése:

CH3–CH=O + H2 → CH3–CH2–OH

Másokrendű (szekunder) alkoholok, és fenolok ketonokból állíthatóak elő. Például propán-2-on (aceton) és hidrogén addíciója.

CH3–C(=O)–CH3 + H2 → CH3–CH(OH)–CH3

Kimutatásuk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A fenolos hidroxilcsoportot tartalmazó vegyületek vas(III)-kloriddal színes komplexeket vagy sókat képeznek. Ezt a tulajdonságukat használhatjuk minőségi kimutatásukra és mennyiségi meghatározásukra.

Az alkoholos hidroxilcsoportot tartalmazó vegyületek általában édes ízűek, ilyen például a nádcukor ez a többértékű alkoholokra jellemző.

Tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A hidroxilcsoportot tartalmazó vegyületek molekulái között hidrogénkötések jönnek létre, ezért forrás- és olvadáspontjuk jóval magasabb, mint a hasonló molekulatömegű szénhidrogéneké. Megfelelő molekulaszerkezet esetén molekulán belüli (intramolekuláris) hidrogénkötés kialakulása is lehetséges, ilyen esetben nem, illetve alig asszociálnak a molekulák, ezért az ilyen vegyületek olvadás- és forráspontja alacsonyabb.[1]

Minél polárisabb a hidroxilcsoport O–H kötése, annál erősebb a közöttük kialakuló hidrogénkötés.

Az alkoholos, enolos és fenolos hidroxilcsoportok kémiai tulajdonágai közötti eltérést az –OH csoport szigma-kötésének polaritása határozza meg. Az oxigén- és hidrogénatomok szigma-kötése a víz kötési polaritását alapul véve az alkoholos, enolos és fenolos –OH csoportok esetében különböző.

Az alkoholos hidroxilcsoportban az O–H kötés polaritása kisebb, mint a vízmolekulában. Ez azzal magyarázható, hogy a víz egyik hidrogénatomját helyettesíti alkilcsoport elektronküldő (+I) hatású, így növeli az oxigénatom környezetében az elektronsűrűséget, ezért az oxigénatom kevésbé vonzza az O–H kötés elektronjait. A kötés heterolitikus felszakadása nehezebben történhet meg, az alkoholos hidroxilcsoport tehát kevésbé hajlamos proton leadására, mint a víz. Ezt támasztják alá a disszociációra jellemző pKa értékek. (pKa = − lg Ka)

Az enolos hidroxilcsoportokat tartalmazó vegyületek esetében az alkoholok enyhe savasságáért felelős O–H kötés polaritása növekszik. Az oxigén egyik nemkötő elektronpárja az enolos szénatom pi-kötőelektronpárjával konjugációba lép, az oxigénatom egyik nemkötő elektronpárja és a C=C kötés pi elektronpárja az előbb említett 3 atomra delokalizálódnak, ennek következtében csökken a hidroxilcsoport oxigénjének elektronsűrűsége, ami az O–H szigma-kötést tovább polarizálja. Az alkoholokhoz viszonyított nagyobb mértékű O–H kötés-polaritás annak az eredménye, hogy a pi-pi konjugáció elektronsűrűség-csökkentő hatását a viszonylag nagy elektronvonzó képességű oxigén úgy igyekszik kiegyenlíteni, hogy a hidrogénatomtól a szigma-kötőelektronpárt még inkább maga felé vonzza. Az enolos –OH csoport szigma-kötése az alkoholokénál polárisabb, az enolok a víznél is erősebb savak. Ennek jelentőségét korlátozza, hogy az enolok bomlékonyak, vizes oldatban az alábbiakban leírt tautoméria miatt oxovegyületté alakulnak. Az enolok savasságának bemutatására jó példa az aszkorbinsav, amelynek gyenge savas jellege közismert. A proton viszonylag nagy mértékű disszociációjával magyarázható, hogy az enolok híg lúgokban oldódnak, míg az alkoholok egy bizonyos szénatomszám felett nem. Mivel az enolok disszociációjában keletkező anion töltése három atomon oszlik meg, a leszakadt proton – a disszociációs egyensúly dinamikus jellege folytán – nemcsak az oxigénatommal léphet kapcsolatba, hanem a delokalizált rendszer szélső szénatomjával is. Így az enolos formánál rendszerint stabilabb izomer, úgynevezett keto-forma alakulhat ki. Az enol- és keto-formák fenti egyensúlyát keto-enol tautomériának nevezzük. A tautoméria egy hidrogénatom helyzetének megváltozásából adódó izoméria. Az ilyen – egymásba spontán átalakuló – izomereket tautomereknek nevezzük.

Keto-enol-tautoméria
Keto-Enol-Tautomerie1.svg Keto-Enol-Tautomerie2.svg Keto-Enol-Tautomerie4.svg

Fenolos vegyületeknél a hidroxilcsoport oxigénatomjainak valamelyik nemkötő elektronpárja az aromás gyűrű delokalizált elektronrendszerével kerül átfedésbe. A nemkötő elektronpár gyűrűhöz történő konjugációja és a hidrogénnél nagyobb elektronegativitású szénatom jelenléte – az enolokhoz hasonlóan – együttesen idézi elő az –OH csoport oxigénje elektronsűrűségének csökkenését. A fenolos –OH csoport szigma-kötése az alkoholok és a víz O–H kötésénél polárisabb, a fenolok erősebb savak. A szénhidrogének hidroxiszármazékainak kémiai tulajdonságaiban mutatkozó eltérések nem csak a különböző O–H polaritásban nyilvánulnak meg. Az –OH csoport polaritásának növekedésével a hidroxilcsoportot hordozó szénatom környezetében növekedik az elektronsűrűség, ami a szénatomok nukleofil reakciókban való részvételét gátolja. A hidroxilcsoportot hordozó szénatom alkoholok esetében képes nukleofil szubsztitúciós reakciókra, a fenoloknál már nem.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Forrás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]