Funktsionaalsete rühmade happesuse tasemed

Kogu elu planeedil koosneb neljast põhikemikaalist; süsivesikud, lipiidid, valgud ja nukleiinhapped. Põhimõtteliselt sisaldavad kõik need neli molekuli süsinikku ja vesinikku ning on osa teadusharust, mida nimetatakse biokeemiaks, mis segab bioloogiat ja orgaanilist keemiat. Kui neljal kategoorial on teatud sarnasusi, siis erinevate aatomirühmade, mida nimetatakse funktsionaalseteks rühmadeks, kaasamine muudab kemikaali funktsiooni täielikult. Kuigi paljudel neist funktsionaalsetest rühmadest pole pH-le mingit mõju, võivad mõned neist funktsionaalsetest rühmadest muuta organismi vedelike pH-d. PH säilitamine on organismide heaolu jaoks ülioluline, seega on oluline teada, kuidas need funktsionaalsed rühmad suhtlevad.

Happed ja alused on libiseva skaala vastandlikud osad, mida tuntakse pH-na. PH-skaala mõõdab lahuses olevate positiivsete vesinikioonide (edaspidi H +) kogust hüdroksiidioonide, märgistatud OH-, suhtes. Skaala keskpunkt on pH 7 ning pH 7 juures on H + ioonide ja OH-ioonide hulk täielikus tasakaalus. Üldine pH-skaala on vahemikus nullist kuni neliteist. Kõike, mis lisab lahusele H + ioone, nimetatakse happeks ja see nihutab pH madalamaks. Seetõttu loetakse mis tahes pH vahemikus 0-6,9 happeliseks. Kõike, mis annustab OH- lahusele või seob H + ioone, peetakse aluseks ja tõstab pH, muutes pH 7,1 - 14 aluseliseks. Mida kaugem on nihe pH 7-st, seda kahjulikum võib aine olla mõlemas suunas. Maohappe pH on 2, mis on ülitugev hape ja leelis on ülitugev alus võrdluseks.

Enamik funktsionaalrühmi ei mõjuta molekuli happesust vähe või üldse mitte. Ketoonil ei ole lahuses annetatavaid vesinikke ega vesiniku vastuvõtmiseks vajalikke kohti. Hüdroksüül, mis on lihtsalt molekuli külge kinnitatud OH, võib arvatavasti kaotada selle vesiniku, muutes selle happeliseks, kuid nii molekul tavaliselt ei reageeri. Aldehüüdil on kaotada vesinik, kuid see on ühendatud süsiniku molekuliga ja süsinikule ei meeldi kunagi vesinikke maha visata. Lõpuks meeldib sulfhüdrüülrühm, mis on kinnitatud SH-le, leida sagedamini muid sulfhüdrüülrühmi, millega siduda, selle asemel, et lahusesse annetada vesinikku. Seetõttu ei ole ükski neist rühmadest tavaliselt seotud happesuse tasemega.

Karboksüülfunktsionaalset rühma nimetatakse sageli happerühmaks, kuna see on väga happeline. Hapnikul on väga kõrge elektronegatiivsus, mis tähendab, et talle meeldib elektronid varuda. Kui karboksüotsa otsas on OH, pakub kaksiksidemetega hapnik tavaliselt abi elektronide varumine ja kinnitatud vesinik kukub lihtsalt lahuseks, langetades pH. Karboksüülrühmi leidub rasvhapetes, mis koos teiste molekulidega moodustavad rasvu, õlisid ja vahasid. Karboksüülid on samuti osa aminohapetest, mis on valkude ehituskivid.

Fosfaatrühm võib ühe molekuli kohta annetada kuni kaks vesinikku, muutes selle samuti väga happeliseks. Nagu varem öeldud, on hapnikul kõrge elektronegatiivsus ja fosfaatmolekuli üks pilk näitab, et fosfaatmolekuli ümber on neli oksügeeni. Need neli oksügeeni proovivad tõmmata elektronid, mis on jagatud kahe OH-sidemega, ja kaks vesinikku tavaliselt kaovad ja lagunevad H + ioonidena lahuseks, alandades pH-d.

Teine pool aminohapetest on aminorühmad. Lämmastik toimib bioloogilistes süsteemides sageli vesiniku aktseptorina. Normaalses olekus eksisteerib aminorühm lämmastiku ja kahe vesinikuna, nagu siin näidatud, kuid võib võtke lahusest veel üks vesinik, mis põhjustab süsteemi pH tõusu, muutes selle aluselisemaks. Kuna kõigi aminohapete selgroog on karboksüül, erineva funktsionaalse rühmaga süsinik ja aminorühm, siis juhtub tavaliselt on see, et karboksüül annetab oma vesiniku lahusele, kuid aminorühm aktsepteerib lahusest vesinikku, pannes üldise pH püsima sama.