L’eau est une molécule électriquement neutre qui peut être formée par la combinaison d’ions hydrogène et d’ions hydroxyde, comme dans les réactions acide-base. Écrit en abréviation de chimiste, la réaction est H+ & OH- → H2O. Ici, le seul atome d’hydrogène est en fait un ion, ne portant pas d’électrons négatifs, et donc portant une charge positive, tandis que la combinaison hydrogène-oxygène possède deux électrons libres, ce qui lui confère une charge négative. Il est possible de produire une autre forme de combinaison hydrogène-oxygène, qui ne transporte qu’un seul électron libre, pas deux. C’est le radical hydroxyle électriquement neutre, mais chimiquement très réactif.
L’oxygène est fortement électronégatif, alors que l’hydrogène est électropositif. De plus, l’atome d’hydrogène est assez petit par rapport à l’atome d’oxygène. C’est l’atome d’oxygène aimant les électrons, plutôt que l’atome d’hydrogène, qui transporte l’électron libre. Une population de radicaux libres diminue en nombre avec le temps par attrition, comme, par exemple, lorsque deux radicaux hydroxyles s’unissent pour former une molécule de peroxyde d’hydrogène. Inversement, les peroxydes facilement clivés – en particulier les peroxydes organiques avec de gros appendices qui ont tendance à étirer ces liaisons, tels que le peroxyde de di-tert-butyle ou le peroxyde de benzoyle – sont utilisés comme sources de radicaux libres dans les synthèses de laboratoire et commerciales.
Le radical hydroxyle est important, non seulement en laboratoire et dans le commerce, mais aussi en médecine et dans notre atmosphère. Les polluants d’oxyde d’azote de la troposphère provenant des véhicules à moteur et des usines se décomposent pour libérer des atomes d’oxygène excités, •O. Ces atomes individuels, à ne pas confondre avec les molécules d’oxygène, O2, se combinent avec l’humidité de l’air, se transformant en radicaux hydroxyles, •OH. Il existe d’autres sources du radical hydroxyle, plus fréquemment observées dans d’autres situations, notamment la réaction de l’ozone avec des composés organiques à double liaison appelés alcènes. Dans la plupart des cas présents dans la nature, les radicaux hydroxyles ne sont pas considérés comme souhaitables ; tel est le cas dans le domaine de la santé et de la médecine.
En effet, le radical hydroxyle est une forme de radical libre, petite et hautement mobile, soluble dans l’eau. Dans le corps humain, les radicaux libres sont généralement considérés comme indésirables et peuvent être associés à la maladie et au vieillissement. Un système enzymatique préoccupant est le système respiratoire, dans lequel les radicaux libres attaquent les tissus délicats du corps. Les particules atmosphériques – notamment les ions de métaux de transition – ont été reconnues comme des formateurs de radicaux hydroxyles dans des environnements humides tels que les tissus pulmonaires, et conduisent à des troubles pulmonaires, y compris le cancer. Le radical hydroxyle a également été associé à une attaque chimique sur des brins d’ADN.