HUMIČNA KISLINA: STRUKTURA, LASTNOSTI, PROIZVODNJA, UPORABE - KEMIJA - 2025

Humična kislina je generično ime družine organskih spojin, ki so del huminskih snovi. Imajo različne funkcionalne skupine, vključno s karboksilnimi, fenolnimi, sladkorno obročnimi, kinoni in derivati ​​aminokislin.

Huminske snovi, katerih sestavine so huminske kisline, se porazdelijo v tla, naravne vode in usedline, saj so posledica razgradnje rastlinskih, živalskih in naravnih odpadkov.

Organski material, ki se bo spremenil v snovi, kot so huminske kisline. Avtor: Pisauikan Vir: Pixabay.

Huminske kisline so del humusa in imajo možnost izboljšanja rasti in prehrane rastlin, saj omogočajo, da se hranila hranijo dlje v tleh, tako da so na voljo rastlinam.

So amfifilne spojine, torej imajo dele, ki so povezani z vodo, in dele, ki vodo zavračajo, vse znotraj iste molekule.

Zaradi svojih skupin –OH in –COOH lahko tvorijo komplekse s kovinskimi ioni ali kationi.

Zahvaljujoč ogljikovodikovim verigam ali aromatskim dele lahko solubilizirajo in zaklenejo v sebe policiklične aromatične molekule, ki so strupene. Poleg tega imajo potencialno uporabo v medicini raka in pri pripravi učinkovitejših zdravil.

Struktura

Huminske kisline vsebujejo različne funkcionalne skupine, katerih količine so odvisne od geografskega izvora huminske kisline, starosti, okoljskih in bioloških razmer ter podnebja, v katerem je bila molekula proizvedena. Zaradi tega je njegova natančna karakterizacija postala težka.

Njegove glavne funkcionalne skupine so fenolni, karboksilni, enolni, kinonski, eter, sladkorji in peptidi.

Funkcionalne skupine, ki ji dajejo glavne značilnosti, so fenolne, karboksilne in kinonske skupine.

Veliko strukturo huminske kisline sestavljajo hidrofilni deli, ki jih tvorijo -OH skupine in hidrofobni deli, sestavljeni iz alifatskih verig in aromatičnih obročev.

Primer molekule huminske kisline, kjer lahko opazimo fenolne -OH skupine, -COOH, kinon, ostanke sladkorja in peptide (-NH). Yikrazuul. Vir: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Huminske kisline.

- HA ali HAs (humske kisline).

Lastnosti

Fizično stanje

Amorfne trdne snovi.

Molekularna teža

Njihove molekulske mase se gibljejo od 2,0 do 1300 kDa.

En Da ali Dalton je vreden 1,66 x 10 ^-24 gramov.

Topnost

Huminske kisline so delež humanih snovi, ki je topen v alkalnem vodnem mediju. Delno so topne v vodi. Netopen v kislem mediju.

Njegovo raztapljanje v vodi je zapleteno, ker huminske kisline niso posamezna sestavina, temveč mešanica komponent, kjer so le nekateri topni v vodi.

Njegova topnost se lahko razlikuje glede na sestavo, pH in ionsko trdnost topila.

Kemijske in biološke lastnosti

Molekule humane kisline imajo na splošno hidrofilni ali z vodo povezan del in hidrofobni del, ki zavrača vodo. Zato naj bi bili amfifilni.

Zaradi svoje amfifilne narave huminske kisline v nevtralnem ali kislem mediju tvorijo strukture, podobne tistim micelov, imenovane psevdocelice.

So šibke kisline, kar povzročajo fenolne in karboksilne skupine.

Skupine tipa kinona so odgovorne za nastanek reaktivnih kisikovih vrst, saj se zmanjšajo na polkvinone in nato na hidrokinone, ki so zelo stabilni.

Prisotnost fenolnih in karboksilnih skupin v molekulah huminske kisline jim daje možnost izboljšanja rasti in prehrane rastlin. Takšne skupine lahko spodbujajo tudi kompleksnost s težkimi kovinami. In tudi pojasnjujejo njegovo protivirusno in protivnetno delovanje.

Po drugi strani pa je prisotnost skupin kinona, fenola in karboksilnih skupin povezana z njihovimi antioksidativnimi, fungicidnimi, baktericidnimi in antimutagenimi ali demutagenimi sposobnostmi.

Obnašanje v vodnem mediju glede na pH

V alkalnem mediju karboksilne in fenolne skupine utrpijo izgubo protonov H ⁺ , zaradi česar se molekula negativno nabira v vsaki od teh skupin.

Zaradi tega se negativni naboji odbijajo in molekula se razteza.

Z znižanjem pH se fenolna in karboksilna skupina ponovno protonizirata, odbojni učinki pa prenehajo, zaradi česar molekula sprejme kompaktno strukturo, podobno kot pri micelih.

V tem primeru se hidrofobni deli poskušajo locirati znotraj molekule, hidrofilni deli pa so v stiku z vodnim medijem. Te strukture naj bi bile psevdocelice.

Zaradi tega vedenja je navedeno, da imajo huminske kisline lastnosti odstranjevanja.

Poleg tega tvorijo intramolekularne agregate (znotraj lastne molekule), ki jim sledi medmolekularno združevanje (med različnimi molekulami) in oborina.

Raztapljanje velikih nepolarnih molekul

Huminske kisline lahko solubilizirajo policiklične aromatične ogljikovodike, ki so strupeni in rakotvorni ter so v vodi relativno netopni.

Ti ogljikovodiki se topimo v hidrofobnem srcu psevdocelic huminskih kislin.

Kompleksna tvorba s kovinskimi kationi

Huminske kisline medsebojno delujejo s kovinskimi ioni v alkalnem okolju, kjer kationi ali pozitivni ioni nevtralizirajo negativne naboje molekule huminske kisline.

Večji kot je naboj kationa, večja je njegova učinkovitost pri tvorbi psevdocelic. Kationi se nahajajo na termodinamično najprimernejših mestih v strukturi.

Ta postopek ustvarja kovinsko-kovinske komplekse huminske kisline, ki pridobijo sferično obliko.

Ta interakcija je odvisna od kovine in od izvora, molekulske mase in koncentracije huminske kisline.

Pridobitev

Huminske kisline lahko dobimo iz organskih snovi v tleh. Vendar se strukture različnih molekul huminske kisline razlikujejo glede na lokacijo tal, starost in podnebne razmere.

Obstaja več načinov pridobivanja. Eden od teh je opisan spodaj.

Tla obdelujemo z vodno raztopino 0,5 N NaOH (0,5 ekvivalenta na liter) v dušikovi atmosferi 24 ur pri sobni temperaturi. Celotno je filtrirano.

Alkalni ekstrakt nakisamo z 2N HCl do pH 2 in pustimo stati 24 ur pri sobni temperaturi. Koaguliran material (huminske kisline) ločimo od supernatanta s centrifugiranjem.

Prijave

- V kmetijstvu

Uporaba huminskih kislin v kmetijstvu je znana praktično od začetka kmetijske dejavnosti, ker so del humusa.

Tla bogata s humusom, zato bogata s huminskimi kislinami, dobra za gojenje rastlin. Avtor: Markus Baumeler. Vir: Pixabay.

Huminske kisline izboljšujejo rast in prehrano rastlin. Delujejo tudi kot baktericidi tal in fungicidi, ščitijo rastline. Huminske kisline zavirajo fitopatogene glive in nekatere njihove funkcionalne skupine so povezane s to dejavnostjo.

Rastlina okužena z glivo Alternaria solani, ki se lahko bori s huminskimi kislinami. AfroBrazilian. Vir: Wikimedia Commons.

Prisotnost žveplove (S) in C = O karbonilne skupine v molekuli huminske kisline daje prednost fungistatičnemu delovanju. Nasprotno, visoka vsebnost kisika, aromatičnih CO skupin in določenih ogljikovih atomov, ki spadajo v sladkorje, zavirajo fungistatično silo huminske kisline.

V zadnjem času (2019) so preučevali učinek uporabe dušikovih gnojil s počasnim sproščanjem na stabilizacijo huminskih kislin, prisotnih v tleh, in njihov vpliv na pridelke.

Ugotovljeno je bilo, da sečnina, prevlečena z ogljikovodiki, izboljšuje strukturo in stabilnost huminskih kislin, prisotnih v tleh, kar spodbuja zadrževanje dušika in ogljika v tleh in izboljša donos pridelkov.

- pri sanaciji onesnaževanja

Zaradi svoje sposobnosti tvorjenja psevdocelic v nevtralnem ali kislem mediju je bila že vrsto let raziskana njegova uporabnost pri odstranjevanju onesnaževal iz odpadne vode in tal.

Kovine so eno od onesnaževal, ki jih lahko odstranimo s huminskimi kislinami.

Nekatere raziskave kažejo, da se kopcijska učinkovitost kovinskih huminskih kislin v vodni raztopini povečuje s povečanjem pH in koncentracije huminske kisline ter z zmanjšanjem koncentracije kovin.

Ugotovljeno je bilo tudi, da kovinski ioni tekmujejo za aktivna mesta molekule huminske kisline, ki sta v njej ponavadi fenolni –COOH in –OH.

- V farmacevtski industriji

Izkazalo se je za koristno pri povečanju topnosti v vodi hidrofobnih zdravil.

Pripravljeni so bili srebrovi (Ag) nanodelci, prevlečeni s huminsko kislino, ki jim je uspelo ostati stabilno vsaj eno leto.

Ti nanodelci srebra in huminske kisline, skupaj z antibakterijskimi lastnostmi slednjega, imajo velik potencial za pripravo zdravil.

Prav tako so kompleksi karbamazepina, antiepileptičnega zdravila, s huminsko kislino poskušali povečati njegovo topnost, izkazalo se je, da zdravilo postane veliko bolj topno in učinkovito.

Enak učinek izboljšanja topnosti in biološke uporabnosti je bil dosežen s kompleksi huminske kisline in β-karotena, predhodnika vitamina A.

- V medicini

Huminske kisline so močni zavezniki pri zdravljenju različnih bolezni.

Proti nekaterim virusom

Med drugim so opazili protivirusno delovanje huminskih kislin proti citomegalovirusom in virusom človeške imunske pomanjkljivosti HIV-1 in HIV-2.

Molekule humane kisline lahko zavirajo razmnoževanje virusa z vezavo negativnega naboja v alkalnem mediju na določena kationska mesta virusa, ki so potrebna, da se virus veže na površino celice.

Proti raku

Ugotovljeno je, da huminske kisline izražajo kancerogene lastnosti zdravljenja. To gre pripisati prisotnosti kinonov v njegovi strukturi.

Struktura kinona, skupine, prisotne v molekulah nekaterih huminskih kislin. Avtor: Marilú Stea.

Kinoni ustvarjajo reaktivne kisikove vrste, ki proizvajajo oksidativni stres in povzročajo apoptozo rakavih celic s pomočjo razdrobljenosti njihove DNK.

Proti mutagenezi

Huminske kisline so zaviralci mutageneze znotraj in zunaj celice. Mutageneza je stabilna sprememba genskega materiala celice, ki se lahko prenaša na hčerinske celice.

Ugotovljeno je bilo, da sposobnost zaviranja mutageneze niha glede na sestavo huminskih kislin in njihovo koncentracijo.

Po drugi strani pa delujejo desmutageno na mutagene snovi, kot so benzopiren (poliaromatski ogljikovodik, ki je prisoten v nekaterih živilih), 2-nitrofluoren (poliaromatski ogljikovodikov produkt zgorevanja) in 2-aminoantracen.

Mutageni učinek benzopirena na DNA. Avtor Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Struktura raztopine odprtega (10S) -dA adukta +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihidroksi-9,10-epoksi-7,8 , 9,10-tetrahidrobenzopiren v dupleksni DNK. Izdelano iz {{PDB-1JDG}}. == Licenciranje == {{GFDL-. Vir: Wikimedia Commons.

Mehanizem tega učinka je v adsorpciji mutagena, za katero so najučinkovitejše huminske kisline z večjimi strukturami. Mutagen se adsorbira s huminsko kislino in izgubi mutageno delovanje.

Verjamemo, da je to lahko pomembno za zaščito pred rakotvorno snovjo.

- V kozmetični industriji

Zaradi svoje sposobnosti absorpcije UV in vidnih žarkov so huminske kisline predlagane za uporabo pri zaviralcih sonca, kremah proti staranju in izdelkih za nego kože.

Uporabljajo se lahko tudi kot konzervansi v kozmetičnih izdelkih.

- V prehrambeni industriji

Zaradi antioksidativnih lastnosti je bila predlagana njegova uporaba kot konzervansi hrane in kot prehranska dopolnila.

Reference

1. Gomes de Melo, BA et al. (2016). Huminske kisline: strukturne lastnosti in več funkcij za nov tehnološki razvoj. Material Science and Engineering C 62 (2016) 967-974. Pridobljeno od sciencedirect.com.
2. Wei, S. et al. (2018). Fungistatična aktivnost multioriginskih humusnih kislin glede na njihovo kemijsko strukturo. Revija za kmetijsko in živilsko kemijo 2018, 66, 28, 7514-7521. Pridobljeno iz pubs.acs.org.
3. Kerndorff, H. in Schnitzer, M. (1980). Sorpcija kovin na huminski kislini. Geochimica et Cosmochimica Acta Vol 44, str. 1701-1708. Pridobljeno od sciencedirect.com.
4. Sato, T. et al. (1987). Mehanizem desmutagenega učinka huminske kisline. Mutation Research, 176 (1987) 199–204. Pridobljeno od sciencedirect.com.
5. Cheng, M.-L. et al. (2003). Humicna kislina povzroči oksidativne poškodbe DNA, zaviranje rasti in apoptozo v človekovih primarnih fibroblastih. Exp Biol Med (Maywood) 2003 apr; 228 (4): 413–23. Pridobljeno iz ncbi.nlm.nih.gov.
6. Li, M. in sod. (2019). Zaščita organskega ogljika v humanih tleh v tleh, na katere vplivajo uporaba različnih dušikovih gnojil v sistemu obrezovanja zelenjave. Časopis za kmetijsko in živilsko kemijo, 2019, 67, 11, 3106-3113. Pridobljeno iz pubs.acs.org.