¿Qué es un grupo hidroxilo?

En química, un grupo hidroxilo es un grupo de átomos formado por un átomo de oxígeno con dos pares de electrones no compartidos; por un lado está enlazado a un átomo de hidrógeno por medio de un enlace covalente sencillo, y por el otro puede estar enlazado a una cadena carbonada en un compuesto orgánico, a algún otro no metal (por ejemplo, azufre, nitrógeno, etc.), o puede que no esté enlazado a ningún otro átomo sino que posea un electrón desapareado.

La palabra hidroxilo significa, literalmente, radical formado por hidrógeno y oxígeno. Aquí, la palabra radical se puede utilizar, en el contexto de química orgánica, para referirse a un átomo o, en este caso, un grupo de átomos que sustituye a un hidrógeno en un hidrocarburo. Por otro lado, también puede referirse a un radical libre con un oxígeno deficiente de electrones que tiene un electrón desapareado.

En algunos casos, el grupo hidroxilo se confunde con el anión hidróxido. Esto es un error muy común, pero hay diferencias muy importantes entre el uno y el otro. La más notoria de todas es que, mientras que el grupo hidroxilo es un grupo eléctricamente neutro, el hidróxido es un anión (o sea, tiene carga negativa). Por otro lado, el radical libre hidroxilo es una especie química muy reactiva e inestable mientras que el anión hidróxido es reactivo, pero no tanto.

La siguiente figura muestra las distintas formas en las que se pueden encontrar especias formadas por un hidrógeno y un oxígeno.

Para evitar confusión, en adelante nos referiremos al grupo hidroxilo como la estructura central de la figura anterior, es decir, como parte de una molécula en la que el oxígeno está enlazado directamente a una cadena carbonada o a otro no metal.

Propiedades del grupo hidroxilo

Es un grupo polar

Debido a que el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno, el enlace covalente entre estos dos átomos está polarizado, con la carga parcial negativa sobre el átomo de oxígeno. Esto hace que la mayoría de los compuestos orgánicos que poseen un grupo hidroxilo, como por ejemplo los alcoholes, sean compuestos polares.

Puede formar enlaces de hidrógeno

La polaridad del enlace O-H hace que el grupo hidroxilo pueda actuar como donador de hidrógeno en un enlace de hidrógeno. Además, el oxígeno del grupo hidroxilo posee dos pares de electrones libres, por lo que también puede recibir dos enlaces de hidrógeno como aceptor. En otras palabras, el grupo hidroxilo puede formar un total de tres enlaces de hidrógeno simultáneos.

Es un ácido de Brønsted-Lowry

Nuevamente debido a la polaridad del enlace O-H, y también debido a que el oxígeno tiene una buena capacidad para soportar una carga formal negativa al perder el hidrógeno, los grupos hidroxilo pueden ceder el protón actuando como un ácido de Brønsted-Lowry.

El valor particular del pKa o la acidez del grupo hidroxilo dependerá de la estructura del resto de la molécula a la que esté enlazado. Si el –OH está directamente enlazado a un grupo carbonilo (como en los ácidos carboxílicos), entonces será considerablemente ácido, con valores de pKa en el orden de 3 a 5. Si está unido a un grupo aromático, como en el caso de los fenoles, su pKa estará en el orden de 7 a 10; si está enlazado a una cadena alifática, su pKa será de 15 o más.

Puede actuar como base de Lewis

El hecho de que el grupo OH tenga dos pares de electrones desapareados hace que puede actuar también como una base, donando un par de electrones a un protón o a alguna otra especie deficiente de electrones (ácido de Lewis). En pocas palabras, puede ser protonado por un ácido lo suficientemente fuerte.

Grupos funcionales que poseen un grupo hidroxilo

El grupo hidroxilo por sí solo no es un grupo funcional, ya que depende de a qué está unido. En el caso de los compuestos orgánicos, los grupos funcionales más comunes que poseen grupos hidroxilo son:

Alcoholes

Los alcoholes son el grupo funcional más simple que posee un grupo hidroxilo. En este caso, el oxígeno está enlazado directamente a un carbono saturado alifático. Los alcoholes se representan, en forma general, de la siguiente manera:

donde R representa un grupo alquilo.

Estos son compuestos polares, la mayoría son solubles en agua y son líquidos a temperatura ambiente.

Enoles

La diferencia principal entre un alcohol y un enol es que en el segundo caso el grupo hidroxilo está enlazado a un átomo de carbono insaturado con hibridación sp² y que está enlazado a otro carbono mediante un enlace covalente doble, como se muestra en la siguiente figura.

Este doble enlace estabiliza la base conjugada por resonancia, por lo que los enoles suelen ser más ácidos que los alcoholes.

Fenoles

Los fenoles se parecen mucho a los alcoholes con la salvedad de que, en este caso, el grupo hidroxilo está unido a un carbono que forma parte de un anillo aromático.

Un ejemplo de este tipo de compuestos es el fenol, el cual posee la siguiente estructura:

Al igual que en el caso de los enoles, el anillo aromático es capaz de estabilizar una carga negativa sobre el oxígeno por medio de resonancia, por lo que los fenoles siempre son considerablemente más ácidos que los alcoholes.

Ácidos carboxílicos

Los ácidos carboxílicos o ácidos orgánicos poseen un grupo hidroxilo enlazado a un carbonilo.

La presencia del doble enlace del carbonilo estabiliza por resonancia a la base conjugada luego de perder el protón. Pero, además de esto, reparte esta carga negativa entre los dos oxígenos, lo cual es mucho más favorable que repartirla sobre carbonos, como sucede en los dos casos anteriores. Esto le confiere a estos grupos hidroxilo una mayor acidez que en los otros casos; por ello se denomina ácido a estos compuestos.

Ácido sulfónico

Este es un ejemplo de un grupo funcional que posee un grupo hidroxilo, pero en el que este no está enlazado a un carbono sino a otro heteroátomo, en este caso, azufre.

Las múltiples estructuras de resonancia hacen que los compuestos que poseen este grupo funcional también tengan carácter ácido.

Referencias

Carey, F., & Giuliano, R. (2014). Química orgánica (9.^a ed.). Madrid, España: McGraw-Hill Interamericana de España S.L.

Grupos funcionales y nomenclatura orgánica. (2020, 29 de octubre). Recuperado de https://espanol.libretexts.org/@go/page/2313

Los alcoholes y éteres. (s.f.). (2021, 9 de enero). Recuperado de https://espanol.libretexts.org/@go/page/1973

Smith, M. B., & March, J. (2001). March’s Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure, 5th Edition (5th ed.). Hoboken, New Jersey: Wiley-Interscience.