Poziomy kwasowości grup funkcjonalnych

Całe życie na planecie składa się z czterech podstawowych związków chemicznych; węglowodany, lipidy, białka i kwasy nukleinowe. W istocie wszystkie cztery z tych cząsteczek zawierają węgiel i wodór i są częścią dziedziny nauki zwanej biochemią, która łączy biologię i chemię organiczną. Chociaż te cztery kategorie mają pewne podobieństwa, włączenie różnych grup atomów, zwanych grupami funkcyjnymi, całkowicie zmienia funkcję substancji chemicznej. Chociaż wiele z tych grup funkcyjnych nie ma wpływu na pH, niektóre z tych grup funkcyjnych mogą zmieniać pH płynów w organizmie. Utrzymanie pH ma kluczowe znaczenie dla dobrego samopoczucia organizmów, dlatego ważne jest, aby wiedzieć, w jaki sposób te grupy funkcyjne oddziałują.

Kwasy i zasady są przeciwstawnymi częściami ruchomej skali znanej jako pH. Skala pH mierzy ilość dodatnich jonów wodorowych, odtąd H+, które są w roztworze w stosunku do ilości jonów wodorotlenowych, oznaczonych jako OH-. Punktem środkowym skali jest pH7, a przy pH7 ilość jonów H+ i OH- jest w pełnej równowadze. Ogólna skala pH waha się od zera do czternastu. Wszystko, co dodaje jony H+ do roztworu, nazywa się kwasem i obniża pH. Dlatego każde pH od 0-6,9 jest uważane za kwaśne. Wszystko, co oddaje OH- do roztworu lub wiąże jony H+, jest uważane za zasadę i podnosi pH, czyniąc pH 7,1-14 zasadowym. Im dalsze przesunięcie od pH 7, tym bardziej szkodliwa może być substancja w obu kierunkach. Kwas żołądkowy ma pH 2, który jest niezwykle silnym kwasem, a ług jest niezwykle silną bazą odniesienia.

Większość grup funkcyjnych ma niewielki lub żaden wpływ na kwasowość cząsteczki. Keton nie ma wodorów, które można by przekazać do roztworu lub miejsc do przyjęcia wodoru. Hydroksyl, który jest po prostu OH przyłączony do cząsteczki, może potencjalnie stracić swój wodór, czyniąc go kwaśnym, ale nie tak zwykle oddziałuje cząsteczka. Aldehyd ma wodór do stracenia, ale jest połączony z cząsteczką węgla, a węgiel nigdy nie lubi upuszczać swoich wodorów. Wreszcie, sulfhydryl, który jest przyłączonym SH, częściej lubi znajdować inne sulfhydryle do wiązania, w przeciwieństwie do oddawania wodoru do roztworu. Dlatego żadna z tych grup nie jest zwykle kojarzona z posiadaniem poziomu kwasowości.

Funkcyjna grupa karboksylowa jest często określana jako grupa kwasowa, ponieważ jest bardzo kwaśna. Tlen ma bardzo wysoką elektroujemność, co oznacza, że ​​lubi gromadzić elektrony. Z OH na końcu karboksylu, podwójnie związany tlen zwykle oferuje pomoc w gromadzenie elektronów i dołączonego wodoru po prostu spada do roztworu, obniżając pH. Grupy karboksylowe znajdują się w kwasach tłuszczowych, które w połączeniu z innymi cząsteczkami tworzą tłuszcze, oleje i woski. Karboksyle są również częścią aminokwasów, które są budulcem białek.

Grupa fosforanowa może przekazać do dwóch wodorów na cząsteczkę, co czyni ją również bardzo kwaśną. Jak wspomniano wcześniej, tlen ma wysoką elektroujemność, a jedno spojrzenie na cząsteczkę fosforanu pokazuje, że istnieją cztery tleny otaczające cząsteczkę fosforanu. Te cztery tlenki spróbują wyciągnąć elektrony, które są dzielone z dwoma wiązaniami OH, a dwa wodory zwykle tracą i opadają do roztworu jako jony H+, obniżając pH.

Druga połowa aminokwasów to grupy aminowe. Azot często pełni funkcję akceptora wodoru w układach biologicznych. W swoim normalnym stanie grupa aminowa występuje jako azot i dwa wodory, jak pokazano tutaj, ale może zaakceptuj inny wodór z roztworu, który powoduje wzrost pH układu, czyniąc go bardziej zasadowym. Ponieważ szkieletem wszystkich aminokwasów jest karboksyl, węgiel z inną grupą funkcyjną i grupą aminową, co zwykle się dzieje jest to, że karboksyl przekazuje swój wodór do roztworu, ale grupa aminowa przyjmuje wodór z roztworu, dzięki czemu ogólne pH pozostaje podobnie.