Struktura kwasu huminowego, właściwości, uzyskiwanie, zastosowania

Kwas humusowy Jest to ogólna nazwa rodziny związków organicznych, które są częścią substancji humowych. Mają różne grupy funkcjonalne, wśród których można wymienić karboksylowe, fenolowe, cukrowe, chinonas i aminokwasowe pochodne.

Substancje humowe, których częścią są kwasy humusowe, są rozmieszczone w glebie, naturalnych wodach i osadach, ponieważ są wynikiem rozkładu odpadów roślinnych, zwierząt i naturalnych.

Materiał organiczny, który stanie się substancjami takimi jak kwasy humusowe. Autor: Pisauikan. Źródło: Pixabay.

Mokre kwasy są częścią humusu i mają zdolność poprawy wzrostu roślin i ich odżywiania, ponieważ pozwalają na dłużej zatrzymywania składników odżywczych w glebie, aby były dostępne dla roślin.

Są to związki amfiphylliczne, to znaczy mają części związane z wodą i częściami odrzucającymi wodę, wszystkie w tej samej cząsteczce.

Dla ich grup -OH i -cooh mogą tworzyć kompleksy z jonami metali lub kationami.

Dzięki ich łańcuchom węglowodorowym lub częściom aromatycznym mogą rozpuszczać i otrzymać policykliczne cząsteczki aromatyczne, które są toksyczne. Ponadto mają potencjalne zastosowanie w medycynie raka i przygotowaniu bardziej skutecznych produktów farmaceutycznych.

[TOC]

Struktura

Mokre kwasy zawierają różne grupy funkcjonalne, których ilości zależą od geograficznego pochodzenia kwasu humusowego, wieku, warunków środowiskowych i biologicznych oraz klimatu, w którym wystąpiła cząsteczka. Z tego powodu jego precyzyjna charakterystyka stała się trudna.

Jego głównymi grupami funkcjonalnymi są fenolowe, karboksylowe, enolowe, chinon, eter, cukry i peptydy.

Grupy funkcjonalne, które nadają mu ich główne cechy, to grupy fenolowe, karboksylowe i Quinonas.

Wielka struktura kwasu humusowego składa się z części hydrofilowych utworzonych przez grupy -OH i części hydrofobowe utworzone przez łańcuchy alifatyczne i pierścienie aromatyczne.

Przykład cząsteczki kwasu humusowego, w której można zobaczyć grupy -OH fenolowy, -coh, chinon, pozostałości cukrów i peptydów (-NH). Yikrazuul [domena publiczna]. Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Kwasy humusowe.

- Ha lub mają (akronim dla angielskiego Kwasy humusowe).

Nieruchomości

Stan fizyczny

Amorficzne ciałę stałe.

Waga molekularna

Jego masy cząsteczkowe wahają się od 2,0 do 1300 kDa.

Da lub Dalton jest wart 1,66 x 10^-24 gramy.

Rozpuszczalność

Kwasy mokre to ułamek substancji humu, które są rozpuszczalne w alkalicznej środkowej częściuszu wodnym. Są częściowo rozpuszczalne w wodzie. Nierozpuszczalne w kwaśnej pożywce.

Jego rozpuszczanie wody jest złożone, ponieważ kwasy humusowe nie są indywidualnym składnikiem, ale mieszaniną składników, gdzie tylko niektóre z nich są rozpuszczalne w wodzie.

Jego rozpuszczalność może się różnić w zależności od jego składu, pH i siły jonowej rozpuszczalnika.

Właściwości chemiczne i biologiczne

Cząsteczki kwasów huminowych mają na ogół część hydrofilową lub związaną z wodą i częścią hydrofobową, która odrzuca wodę. Dlatego mówi się, że są amfifilii.

Może ci służyć: putrescina: struktura, właściwości, synteza, użycia

Ze względu na swój charakter amfificzny kwas huminowy powstają w środowisku neutralnym lub kwaśnym, struktury podobne do miceli, zwane pseudo-MYS.

Są to słabe kwasy, które są spowodowane przez grupy fenolowe i karboksylowe.

Grupy typu Quinona są odpowiedzialne za tworzenie reaktywnych form tlenu, ponieważ są one zredukowane do pół -half, a następnie do bardzo stabilnych hydrochinonów.

Obecność grup fenolowych i karboksylowych w cząsteczkach kwasu humusowego nadaje im zdolność do poprawy wzrostu roślin i ich odżywiania. Takie grupy mogą również sprzyjać tworzeniu kompleksu z metali ciężkimi. I wyjaśniają także swoją aktywność przeciwwirusową i przeciwzapalną.

Z drugiej strony obecność chinonu, fenolu i grup karboksylowych jest związana z ich zdolnościami przeciwutleniającymi, grzybobójczymi, bakteriobójczymi i przeciwmingogencją lub demutagenami.

Zachowanie w podłożu wodnym zgodnie z pH

W pożywce alkalicznej grupy karboksylowe i fenolowe ponoszą utratę protonów H⁺, Co cząsteczka pozostawia negatywnie w każdej z tych grup.

Z tego powodu występuje odpychanie ładunków ujemnych, a cząsteczka się rozciąga.

Poprzez zmniejszenie pH, grupy fenolowe i karboksylowe są ponownie protonowane, a skutki odpychania zaprzestają, powodując przyjęcie cząsteczki zwartej struktury, podobnej do Mycles.

W tym przypadku części hydrofobowe dotyczą umieszczenia w cząsteczce, a porcje hydrofilowe mają kontakt z środowiskiem wodnym. Mówi się, że struktury te są pseudo-MYS.

To zachowanie potwierdza, że ​​kwasy humusowe mają charakterystykę determinacji.

Ponadto tworzą agregaty wewnątrzcząsteczkowe (w ramach własnej cząsteczki), a następnie agregację międzycząsteczkową (między różnymi cząsteczkami) i wytrącanie się.

Soluplizacja dużych niepolarnych cząsteczek

Mokre kwasy mogą lenizować wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, które są toksyczne i rakotwórcze i są stosunkowo nierozpuszczalne w wodzie.

Te węglowodory są rozpuszczone w hydrofobowym sercu pseudo-psychelów kwasów huminowych.

Trening kompleksów z metalowymi kationami

Mokre kwasy oddziałują z jonami metali w pożywce alkalicznej, w których dodatnie kationy lub jony działają poprzez neutralizowanie ujemnych obciążeń cząsteczki kwasu humusowego.

Im większe obciążenie kationowe, tym większa jego skuteczność tworzenia pseudo-miceli. Kationy znajdują się w preferowanych termodynamicznie miejscach w strukturze.

Proces ten generuje kompleksy kwasu humu-metalu, które nabierają kulistego kształtu.

Ta interakcja zależy od metalu i pochodzenia, masy cząsteczkowej i stężenia wilgotnego kwasu.

Uzyskanie

Mokre kwasy można uzyskać z materii organicznej w glebie. Jednak struktury różnych cząsteczek kwasów huminowych różnią się w zależności od lokalizacji gleby, ich wieku i warunków klimatycznych.

Istnieją różne metody uzyskiwania. Poniżej jednego z nich.

Jest to gleba z wodnym roztworem NaOH 0,5 N (0,5 równoważna na litr) w atmosferze azotu przez 24 godziny w temperaturze pokojowej. Zestaw jest filtrowany.

Może ci służyć: jakie są przepisy dotyczące wagi chemii? (Przykłady)

Ekstrakt alkaliczny jest zakwaszony HCl 2 N do pH 2 i odstanuj przez 24 godziny, w temperaturze pokojowej. Materiał koagulowany (kwasy humusowe) jest oddzielone od supernatantu przez wirowanie.

Aplikacje

- W rolnictwie

Zastosowanie kwasów humusowych w rolnictwie jest praktycznie znane od początku aktywności rolnej, ponieważ są one częścią Humus.

Ziemia bogata w humus, a zatem bogaty w kwasy humusowe, dobra do uprawy roślin. Autor: Markus Baumeler. Źródło: Pixabay.

Kwasy huminowe poprawiają wzrost roślin i odżywianie. Działają również jako bakterycydy glebowe i fungicydy chroniące rośliny. Kwasy mokre hamują grzyby fitopatogenne, a niektóre z jego funkcjonalnych grup z tą aktywnością zostały skorelowane.

Roślina zakażona grzybem Alternaria Solani, który można walczyć z kwasami huminowymi. Afrozilian [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]. Źródło: Wikimedia Commons.

Obecność grup siarki i grup karbonylowych C = O w cząsteczce kwasu huminowego sprzyjają aktywności grzybowej. Przeciwnie, wysoka zawartość tlenu, aromatyczne grupy C-O i niektóre atomy węgla należące do cukrów hamują siłę grzybową kwasu humusowego.

Niedawno (2019), wpływ zastosowania nawozów azotowych powolnych, badano w stabilizacji kwasów huminowych obecnych w glebie i ich wpływu na uprawy.

Stwierdzono, że mocznik pokryty biokarbonem poprawia strukturę i stabilność kwasów huminowych obecnych w glebie, sprzyjając zatrzymaniu azotu i węgla przez glebę i poprawiając wydajność upraw.

- W środku naprawy zanieczyszczeń

Ze względu na jego zdolność do tworzenia pseudo-średnich w neutralnym lub kwasowym.

Metale to niektóre z zanieczyszczeń, które można usunąć przez kwasy humusowe.

Niektóre badania pokazują, że wydajność sorpcji metalu przez kwasy humusowe w roztworze wodnym ma tendencję do wzrostu, gdy pH i stężenie kwasu humusowego i zmniejszające stężenie metalu.

Ustalono również, że jony metali konkurują o aktywne miejsca cząsteczki kwasu humusowego, które są na ogół grupy fenolowe -COOH i -OH.

- W branży farmaceutycznej

Jego przydatność została przetestowana w celu zwiększenia rozpuszczalności w wodzie leków hydrofobowych.

Nanocząsteczki srebra (AG) przygotowano pokryte kwasami humusowymi, które udało się pozostać stabilne przez co najmniej rok.

Te nanocząstki srebra i kwas humowy, wraz z właściwościami przeciwbakteryjnymi tych ostatnich, mają duży potencjał przygotowania leku.

Podobnie przetestowano kompleksy karbamazepiny, lekarstwo przeciwpadaczkowe, z kwasami huminowymi w celu zwiększenia jego rozpuszczalności, i okazało się, że lek staje się znacznie bardziej rozpuszczalny i skuteczny.

Może ci służyć: Rodio: Historia, właściwości, struktura, zastosowania, ryzyko

Ten sam efekt poprawy rozpuszczalności i biodostępności osiągnięto za pomocą kwasu humusowego i kompleksów β-karotenowych, prekursor witaminy A.

- W medycynie

Kwasy mokre są silnymi sojusznikami w leczeniu kilku chorób.

Przeciwko niektórym wirusom

Aktywność przeciwwirusowa kwasów humusowych przeciwko wirusowi cytomegalii i wirusa ludzkiego niedoboru odporności HIV-1 i HIV-2, między innymi.

Cząsteczki kwasów humusowych mogą hamować replikację wirusa poprzez połączenie jego ujemnego obciążenia w pożywce alkalicznej z niektórymi kationowymi miejscami wirusa, które są niezbędne do połączenia się z powierzchnią komórki.

Przeciwko rakowi

Stwierdzono, że mokre kwasy wywierają właściwości gojenia się zmian rakotwórczych. Jest to przypisywane obecności chinonów w jego strukturze.

Struktura chinonu, grupy obecnej w cząsteczkach niektórych kwasów humusowych. Autor: Marilú Stea.

Quinony wytwarzają reaktywne formy tlenu, które powodują stres oksydacyjny i indukują apoptozę komórek rakowych poprzez fragmentację ich DNA.

Przeciwko mutagenezy

Kwasy mokre są inhibitorami mutagenezy wewnątrz komórki i na zewnątrz. Mutageneza to stabilna zmiana materiału genetycznego komórki, która może być przenoszona na komórki potomne.

Stwierdzono, że zdolność do hamowania mutagenezy zmienia się w zależności od składu kwasów huminowych i ich stężenie.

Z drugiej strony wywierają działanie demutageniczne na substancje mutagenne, takie jak benzopiren (węglowodór poliaromatyczny obecny w niektórych pokarmach), 2-nitrofluoreno (poliaromatyczny produkt węglowodoru w spalaniu) i 2-aminoantraken.

Mutagenny działanie benzopirenu w DNA. Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Strurupowanie roztworu adduktu trans-zaopatrzonego (10s) -DA +)-(7s, 8r, 9s, 10r) -7,8-dihydroksy-9,10-epoksy-7,8,9,10-tetrahydrobenzo [a] piren W dupleksie DNA. Wyprodukowane z PDB | 1JDG. == licencjonowanie == gfdl-. Źródło: Wikimedia Commons.

Mechanizm tego efektu polega na adsorpcji mutagenu, więc kwasy humusowe z większymi strukturami są najbardziej skuteczne. Mutagen jest adsorbowany przez kwas humowy i traci jego mutagenną aktywność.

Szacuje się, że może to być ważne dla ochrony przed rakotwórczością.

- W branży kosmetycznej

Ze względu na ich zdolność do wchłaniania promieni UV i widzialnych, kwasy humusowe zostały zaproponowane w blokerach słonecznych, kremach przeciwzapędowych i produktach do pielęgnacji skóry.

Mogą być również używane jako konserwatywy produktów kosmetycznych.

- W branży spożywczej

Ze względu na jego właściwości przeciwutleniające jego zastosowanie zostało zasugerowane jako konserwanty żywnościowe i suplementy diety.

Bibliografia

1. Gomes de Melo, B.DO. i in. (2016). Kwasy huminowe: właściwości strukturalne i wiele funkcjonalnych dla nowych rozwoju technologicznego. Material Science and Engineering C 62 (2016) 967-974. Odzyskane z naukowym.com.
2. Wei, s. i in. (2018). Fungistatyczna aktywność kwasów huminowych wieloriginowych w odniesieniu do ich struktury chemicznej. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2018, 66, 28, 7514-7521. Odzyskane z pubów.ACS.org.
3. Kerndorff, h. i Schnitzer, m. (1980). Sorpcja metali na kwasu humusowym. Geochimica et Cosmochimica Acta vol 44, pp.1701-1708. Odzyskane z naukowym.com.
4. Sato, t. i in. (1987). Mechanizm demutagenicznego efektu kwasu humusowego. Mutacja Research, 176 (1987) 199-204. Odzyskane z naukowym.com.
5. Cheng, m.-L. i in. (2003). Kwas humowy indukuje uszkodzenie oksydacyjnego DNA, opóźnienie wzrostu i apoptozę u ludzkich pierwotnych fibroblastów. Exp Biol Med (Maywood) 2003 AP; 228 (4): 413-23. NCBI odzyskało.NLM.Nih.Gov.
6. Li, m. i in. (2019). Sekwestracja węgla organicznego w glebie humic. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67, 11, 3106-3113. Odzyskane z pubów.ACS.org.