Zuurgraad van functionele groepen

Al het leven op de planeet bestaat uit vier basischemicaliën; koolhydraten, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren. In de kern bevatten alle vier deze moleculen koolstof en waterstof en maken ze deel uit van een tak van wetenschap die biochemie wordt genoemd en die biologie en organische chemie combineert. Hoewel de vier categorieën enkele overeenkomsten vertonen, verandert de opname van verschillende groepen atomen, functionele groepen genoemd, de functie van de chemische stof volledig. Hoewel veel van deze functionele groepen geen effect hebben op de pH, kunnen sommige van deze functionele groepen de pH van de vloeistoffen in een organisme verschuiven. Het handhaven van een pH is van vitaal belang voor het welzijn van een organisme, dus het is belangrijk om te weten hoe deze functionele groepen op elkaar inwerken.

Zuren en basen zijn tegengestelde delen van een glijdende schaal die bekend staat als pH. De pH-schaal meet de hoeveelheid positieve waterstofionen, voortaan H+, die in een oplossing zijn in verhouding tot de hoeveelheid hydroxide-ionen, aangeduid met OH-. Het middelpunt van de schaal is pH7 en bij pH7 is de hoeveelheid H+-ionen en OH-ionen volledig in evenwicht. De totale pH-schaal varieert van nul tot veertien. Alles dat H+-ionen aan de oplossing toevoegt, wordt een zuur genoemd en het verschuift de pH lager. Daarom wordt elke pH van 0-6,9 als zuur beschouwd. Alles dat OH- aan de oplossing doneert of de H+-ionen bindt, wordt als een base beschouwd en verhoogt de pH, waardoor pH 7,1 - 14 basisch wordt. Hoe verder de pH van 7 verwijderd is, hoe schadelijker een stof in beide richtingen kan zijn. Maagzuur is pH 2, wat een extreem sterk zuur is en loog is een extreem sterke base ter referentie.

De meeste functionele groepen hebben weinig tot geen effect op de zuurgraad van het molecuul. Het keton heeft geen waterstof om te doneren aan een oplossing of plaatsen om waterstof te accepteren. Het hydroxyl, dat gewoon een OH is die aan het molecuul is gehecht, zou mogelijk zijn waterstof kunnen verliezen, waardoor het zuur wordt, maar dat is niet hoe het molecuul normaal op elkaar inwerkt. Een aldehyde heeft een waterstof te verliezen, maar het is verbonden met een koolstofmolecuul en koolstof laat zijn waterstofatomen nooit graag vallen. Ten slotte vindt de sulfhydryl, waaraan een SH is bevestigd, vaker andere sulfhydrylen om zich aan te binden, in tegenstelling tot het doneren van waterstof aan de oplossing. Daarom wordt geen van deze groepen gewoonlijk geassocieerd met het hebben van een zuurgraad.

De functionele carboxylgroep wordt vaak een zuurgroep genoemd omdat deze erg zuur is. Zuurstof heeft een zeer hoge elektronegativiteit, wat betekent dat het graag elektronen oppot. De met de OH aan het einde van de carboxy, de dubbel gebonden zuurstof biedt meestal hulp bij het hamsteren van de elektronen en de waterstof die eraan vast zit, valt gewoon in de oplossing, waardoor de pH. Carboxylgroepen worden aangetroffen in vetzuren, die in combinatie met andere moleculen vetten, oliën en wassen vormen. Carboxylen maken ook deel uit van aminozuren die de bouwstenen zijn van eiwitten.

De fosfaatgroep kan tot twee waterstofatomen per molecuul afstaan, waardoor het ook erg zuur is. Zoals eerder vermeld, heeft zuurstof een hoge elektronegativiteit en één blik op een fosfaatmolecuul laat zien dat er vier zuurstofatomen zijn die het fosfaatmolecuul omringen. Die vier zuurstofatomen gaan proberen de elektronen te trekken die worden gedeeld met de twee OH-bindingen en de twee waterstofatomen verliezen gewoonlijk en vallen in oplossing als H+-ionen, waardoor de pH wordt verlaagd.

De andere helft van de aminozuren zijn de aminogroepen. Stikstof fungeert vaak als waterstofacceptor in biologische systemen. In zijn normale toestand bestaat de aminogroep als stikstof en twee waterstofatomen, zoals hier getoond, maar het kan accepteer een andere waterstof uit de oplossing waardoor de pH van het systeem stijgt, waardoor het meer basisch wordt. Aangezien de ruggengraat van alle aminozuren een carboxyl, een koolstof met een andere functionele groep en een aminogroep is, gebeurt wat gewoonlijk is dat de carboxyl zijn waterstof afstaat aan de oplossing, maar de aminogroep accepteert een waterstof uit de oplossing waardoor de algehele pH gelijk blijft dezelfde.