Funktionaalisten ryhmien happamuusasteet

Koko planeetan elämä koostuu neljästä peruskemikaalista; hiilihydraatit, lipidit, proteiinit ja nukleiinihapot. Ytimessä kaikki nämä neljä molekyyliä sisältävät hiiltä ja vetyä ja ovat osa tieteenalaa, jota kutsutaan biokemiaksi, jossa sekoitetaan biologia ja orgaaninen kemia. Vaikka näillä neljällä ryhmällä on joitain yhtäläisyyksiä, eri atomiryhmien, joita kutsutaan funktionaalisiksi ryhmiksi, sisällyttäminen muuttaa kemikaalin toiminnan kokonaan. Vaikka monilla näistä funktionaalisista ryhmistä ei ole vaikutusta pH: hon, jotkut näistä funktionaalisista ryhmistä voivat muuttaa nesteiden pH: ta organismissa. PH: n ylläpitäminen on elintärkeää organismien hyvinvoinnille, joten on tärkeää tietää, miten nämä toiminnalliset ryhmät ovat vuorovaikutuksessa.

Hapot ja emäkset ovat vastakkaisia ​​osia liukuvasta asteikosta, joka tunnetaan nimellä pH. PH-asteikko mittaa liuoksessa olevien positiivisten vetyionien, tästä lähtien H +: n, määrää suhteessa hydroksidi-ionien määrään, jotka on merkitty OH-: lla. Asteikon keskipiste on pH 7 ja pH 7: ssä H + -ionien ja OH-ionien määrä on täydellisessä tasapainossa. Kokonais-pH-asteikko vaihtelee nollasta neljääntoista. Kaikkea, mikä lisää H + -ioneja liuokseen, kutsutaan hapoksi ja se siirtää pH-arvon alemmaksi. Siksi minkä tahansa pH-arvon 0-6,9 pidetään happamana. Kaikkea, joka lahjoittaa OH- liuosta tai sitoo H + -ioneja, pidetään emäksenä ja nostaa pH: ta, jolloin pH on 7,1 - 14 emäksinen. Mitä kauempana siirtyminen pH-arvosta 7 on, sitä vahingollisempi aine voi olla kumpaankin suuntaan. Mahahappo on pH 2, joka on erittäin vahva happo ja lipeä on erittäin vahva emäs vertailua varten.

Useimmilla funktionaalisilla ryhmillä ei ole juurikaan vaikutusta molekyylin happamuuteen. Ketonissa ei ole vetyjä, joita voidaan lahjoittaa liuokseen, tai paikkoja, joissa vety voidaan hyväksyä. Hydroksyyli, joka on yksinkertaisesti molekyyliin kiinnittynyt OH, voi ajatella menettää sen vedyn, mikä tekee siitä hapan, mutta molekyyli ei normaalisti vuorovaikutuksessa. Aldehydillä on menetettävää vetyä, mutta se on yhteydessä hiilimolekyyliin, eikä hiili koskaan halua pudottaa vetyjä. Viimeiseksi sulfhydryyli, joka on kiinnittynyt SH: hen, haluaa useammin löytää muita sulfhydryylejä, joihin sitoutua, sen sijaan, että luovutettaisiin vetyä liuokseen. Siksi mikään näistä ryhmistä ei yleensä liity happamustasoon.

Karboksyylifunktionaalista ryhmää kutsutaan usein happoryhmäksi, koska se on hyvin hapan. Hapella on erittäin korkea elektronegatiivisuus, mikä tarkoittaa, että se haluaa kerätä elektroneja. Kun karboksin päässä on OH, kaksoissidottu happi tarjoaa yleensä apua sisään elektronien kasaaminen ja kiinnittynyt vety yksinkertaisesti putoaa liuokseen ja laskee pH. Karboksyyliryhmiä esiintyy rasvahapoissa, jotka muodostavat rasvoja, öljyjä ja vahoja yhdistettynä muihin molekyyleihin. Karboksyylit ovat myös osa aminohappoja, jotka ovat proteiinien rakennuspalikoita.

Fosfaattiryhmä voi luovuttaa enintään kaksi vetyä molekyyliä kohden, mikä tekee siitä myös hyvin hapan. Kuten aiemmin todettiin, hapella on suuri elektronegatiivisuus ja yksi tarkastelu fosfaattimolekyylistä osoittaa, että fosfaattimolekyyliä ympäröi neljä oksigeeniä. Nämä neljä oksigeeniä yrittävät vetää elektronit, jotka ovat yhteisiä kahden OH-sidoksen kanssa, ja nämä kaksi vetyä yleensä häviävät ja putoavat liuokseen H + -ioneina, mikä alentaa pH: ta.

Aminohappojen toinen puoli on aminoryhmiä. Typpi toimii usein vetyakseptorina biologisissa järjestelmissä. Aminoryhmä esiintyy normaalissa tilassa typpeä ja kahta vetyä, kuten tässä on esitetty, mutta se voi hyväksyä toinen vety liuoksesta, joka saa järjestelmän pH-arvon nousemaan, mikä tekee siitä emäksisemmän. Koska kaikkien aminohappojen selkäranka on karboksyyli, hiili, jolla on erilainen funktionaalinen ryhmä, ja aminoryhmä, mitä yleensä tapahtuu on, että karboksyyli luovuttaa vedynsä liuokseen, mutta aminoryhmä hyväksyy vedyn vedestä, jolloin kokonais pH pysyy sama.