Уровни кислотности функциональных групп

Вся жизнь на планете состоит из четырех основных химических веществ; углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты. По сути, все четыре молекулы содержат углерод и водород и являются частью области науки под названием биохимия, которая сочетает в себе биологию и органическую химию. Хотя эти четыре категории имеют некоторое сходство, включение различных групп атомов, называемых функциональными группами, полностью меняет функцию химического вещества. Хотя многие из этих функциональных групп не влияют на pH, некоторые из этих функциональных групп могут изменять pH жидкостей в организме. Поддержание pH жизненно важно для благополучия организмов, поэтому важно знать, как эти функциональные группы взаимодействуют.

Кислоты и основания являются противоположными частями скользящей шкалы, известной как pH. Шкала pH измеряет количество положительных ионов водорода, далее H +, которые находятся в растворе, по отношению к количеству гидроксид-ионов, обозначенных как OH-. Средняя точка шкалы - pH7, а при pH7 количество ионов H + и OH- находится в полном балансе. Общая шкала pH колеблется от нуля до четырнадцати. Все, что добавляет ионы H + в раствор, называется кислотой и снижает pH. Следовательно, любой pH от 0 до 6,9 считается кислым. Все, что отдает ОН- раствору или связывает ионы Н +, считается основанием и повышает pH, делая pH 7,1-14 основным. Чем дальше сдвиг pH от 7, тем более разрушительным может быть вещество в любом направлении. Кислота желудочного сока имеет pH 2, это чрезвычайно сильная кислота, а щелочь - чрезвычайно сильное основание для сравнения.

Большинство функциональных групп практически не влияют на кислотность молекулы. Кетон не имеет водородов, которые можно было бы отдавать раствору, или мест, где можно было бы принимать водород. Гидроксил, который представляет собой просто ОН, присоединенный к молекуле, предположительно может потерять свой водород, сделав его кислым, но молекула обычно взаимодействует не так. Альдегиду нужно терять водород, но он связан с молекулой углерода, и углерод никогда не любит терять свои водороды. Наконец, сульфгидрил, который является присоединенным SH, чаще предпочитает находить другие сульфгидрилы для связывания, а не отдавать водород в раствор. Следовательно, ни одна из этих групп обычно не связана с уровнем кислотности.

Карбоксильную функциональную группу часто называют кислотной группой, потому что она очень кислая. Кислород имеет очень высокую электроотрицательность, что означает, что он любит накапливать электроны. С ОН на конце карбокси кислород с двойной связью обычно предлагает помощь в накапливая электроны, и присоединенный водород просто падает в раствор, понижая pH. Карбоксильные группы содержатся в жирных кислотах, которые в сочетании с другими молекулами образуют жиры, масла и воски. Карбоксилы также входят в состав аминокислот, которые являются строительными блоками белков.

Фосфатная группа может отдавать до двух атомов водорода на молекулу, что также делает ее очень кислой. Как указывалось ранее, кислород имеет высокую электроотрицательность, и один взгляд на молекулу фосфата показывает, что молекулу фосфата окружают четыре атома кислорода. Эти четыре атома кислорода будут пытаться притягивать электроны, которые являются общими с двумя связями ОН, и два атома водорода обычно теряют и выпадают в раствор в виде ионов H +, снижая pH.

Другая половина аминокислот - это аминогруппы. Азот часто действует как акцептор водорода в биологических системах. В нормальном состоянии аминогруппа существует в виде азота и двух атомов водорода, как показано здесь, но она может принять другой водород из раствора, который вызывает повышение pH системы, делая ее более щелочной. Поскольку основой всех аминокислот является карбоксил, атом углерода с другой функциональной группой и аминогруппа, обычно происходит следующее: состоит в том, что карбоксил отдает свой водород раствору, но аминогруппа принимает водород из раствора, в результате чего общий pH остается на уровне одно и тоже.