Рівні кислотності функціональних груп

Все життя на планеті складається з чотирьох основних хімічних речовин; вуглеводи, ліпіди, білки та нуклеїнові кислоти. По суті, всі чотири ці молекули містять вуглець і водень і є частиною галузі науки, яка називається біохімія, що поєднує біологію та органічну хімію. Хоча чотири категорії мають деяку подібність, включення різних груп атомів, які називаються функціональними групами, повністю змінює функцію хімічної речовини. Хоча багато з цих функціональних груп не впливають на рН, деякі з цих функціональних груп можуть змінювати рН рідин в організмі. Підтримка рН життєво необхідна для добробуту організмів, тому важливо знати, як ці функціональні групи взаємодіють.

Кислоти та основи є протилежними частинами ковзної шкали, відомої як рН. Шкала рН вимірює кількість позитивних іонів водню, відтепер Н +, які знаходяться в розчині відносно кількості гідроксид-іонів, позначених OH-. Середньою точкою шкали є рН7, а при рН7 кількість іонів Н + та іонів ОН знаходиться в повному балансі. Загальна шкала рН коливається від нуля до чотирнадцяти. Все, що додає іони Н + до розчину, називається кислотою, і воно зміщує рН нижче. Тому будь-який рН від 0-6,9 вважається кислим. Все, що віддає OH- в розчин або пов'язує іони H +, вважається основою і підвищує pH, роблячи pH 7,1 - 14 базовим. Чим далі зміщення рН від 7, тим більше шкоди може мати речовина в будь-якому напрямку. Шлункова кислота має рН 2, що є надзвичайно сильною кислотою, а луг - надзвичайно сильною базою для довідки.

Більшість функціональних груп практично не впливають на кислотність молекули. Кетон не має водню для донору в розчин або місць для прийому водню. Гідроксил, який просто є ОН, приєднаним до молекули, міг би втратити його водень, роблячи його кислим, але це не те, як молекула зазвичай взаємодіє. Альдегід має втрату водню, але він пов’язаний з молекулою вуглецю, і вуглець ніколи не любить скидати свої водні. Нарешті, сульфгідрил, який є приєднаним до SH, частіше любить знаходити інші сульфгідрили, з якими зв’язується, на відміну від подавання водню в розчин. Тому жодна з цих груп, як правило, не асоціюється з рівнем кислотності.

Карбоксильну функціональну групу часто називають кислотною групою, оскільки вона дуже кисла. Кисень має дуже високу електронегативність, а це означає, що він любить накопичувати електрони. З ОН на кінці карбокси, подвійний зв’язаний кисень зазвичай пропонує допомогу накопичуючи електрони і приєднаний водень просто випадає в розчин, опускаючи рН. Карбоксильні групи містяться в жирних кислотах, які утворюють жири, олії та віск при поєднанні з іншими молекулами. Карбоксили також входять до складу амінокислот, які є будівельними елементами білків.

Фосфатна група може віддавати до двох воднів на молекулу, що також робить її дуже кислою. Як зазначалося раніше, кисень має високу електронегативність, і один погляд на молекулу фосфату показує, що навколо молекули фосфату є чотири кисню. Ці чотири кисню намагатимуться витягнути електрони, які поділяються з двома ОН-зв’язками, і два водню зазвичай втрачають і падають у розчин у вигляді іонів Н +, знижуючи рН.

Інша половина амінокислот - це аміногрупи. Азот часто функціонує як акцептор водню в біологічних системах. У своєму нормальному стані аміногрупа існує у вигляді азоту та двох воднів, як показано тут, але вона може прийміть інший водень з розчину, що спричиняє підвищення рН системи, роблячи її більш базовою. Оскільки основою всіх амінокислот є карбоксил, вуглець з іншою функціональною групою та аміногрупа, що зазвичай відбувається полягає в тому, що карбоксил віддає свій водень у розчин, але аміногрупа приймає водень із розчину, завдяки чому загальний рН залишається рівним те саме.