HUMINSYRE: STRUKTUR, EGENSKABER, PRODUKTION, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Huminsyre er det generiske navn på en familie af organiske forbindelser, der er en del af humiske stoffer. De har forskellige funktionelle grupper, herunder carboxyliske stoffer, phenoliske stoffer, sukkerlignende ringe, quinoner og aminosyrederivater.

Humiske stoffer, som huminsyrer er en del af, distribueres i jord, naturlige vand og sedimenter, da de er resultatet af nedbrydning af plante-, dyre- og naturaffald.

Organisk materiale, der bliver til stoffer som humussyrer. Forfatter: Pisauikan. Kilde: Pixabay.

Humonsyrer er en del af humus og har evnen til at forbedre plantevækst og ernæring, da de tillader, at næringsstoffer holdes længere i jorden, så de er tilgængelige for planter.

Det er amfifile forbindelser, det vil sige, de har dele, der er relateret til vand og dele, der afviser vand, alle inden for det samme molekyle.

På grund af deres –OH og –COOH-grupper kan de danne komplekser med metalioner eller kationer.

Takket være deres carbonhydridkæder eller aromatiske portioner kan de opløse og låse i sig selv polycykliske aromatiske molekyler, der er giftige. Derudover har de potentiel anvendelse inden for kræftmedicin og til fremstilling af mere effektive lægemidler.

Struktur

Humonsyrer indeholder forskellige funktionelle grupper, hvis mængder afhænger af den geografiske oprindelse for huminsyren, alder, miljømæssige og biologiske forhold og det klima, hvor molekylet blev produceret. Af denne grund er dens nøjagtige karakterisering blevet vanskelig.

Dets vigtigste funktionelle grupper er fenol-, carboxyl-, enolisk-, kinon-, ether-, sukker- og peptider.

De funktionelle grupper, der giver det dens vigtigste egenskaber, er phenol-, carboxyl- og kinongrupper.

Den store struktur af en huminsyre er sammensat af hydrofile portioner dannet af -OH-grupper og hydrofobe dele, der består af alifatiske kæder og aromatiske ringe.

Eksempel på et huminsyremolekyle, hvor de phenoliske-OH-grupper, -COOH, quinon, sukkerrester og peptider (-NH) kan observeres. Yikrazuul. Kilde: Wikimedia Commons.

nomenklatur

- Huminsyrer.

- HA eller HA'er (Humonsyrer).

Ejendomme

Fysisk tilstand

Amorfe faste stoffer.

Molekylær vægt

Deres molekylvægt varierer fra 2,0 til 1300 kDa.

En Da eller Dalton er værd 1,66 x ^10-24 gram.

Opløselighed

Huminsyrer er den fraktion af humiske stoffer, der er opløselig i alkalisk vandigt medium. De er delvist opløselige i vand. Uopløselig i surt medium.

Dens opløsning i vand er kompleks, fordi huminsyrer ikke er en individuel komponent, men en blanding af komponenter, hvor kun nogle af dem er opløselige i vand.

Dens opløselighed kan variere afhængigt af dets sammensætning, pH og opløsningsmidlets ionstyrke.

Kemiske og biologiske egenskaber

Huminsyremolekyler har generelt en hydrofil eller vandrelateret del og en hydrofob del, der afviser vand. Derfor siges de at være amfifile.

På grund af deres amfifile natur danner huminsyrer i et neutralt eller surt medium strukturer, der ligner strukturer hos miceller, kaldet pseudomiceller.

Det er svage syrer, der er forårsaget af fenoliske og carboxyliske grupper.

Grupperne af kinotypen er ansvarlige for dannelsen af ​​reaktive iltarter, da de reduceres til semikinoner og derefter til hydroquinoner, som er meget stabile.

Tilstedeværelsen af ​​fenol- og carboxylgrupper i huminsyremolekyler giver dem evnen til at forbedre plantevækst og ernæring. Sådanne grupper kan også fremme kompleksdannelse med tungmetaller. Og de forklarer også dens antivirale og antiinflammatoriske aktivitet.

På den anden side er tilstedeværelsen af ​​quinon-, phenol- og carboxylgrupperne relateret til deres antioxidant-, fungicid-, baktericid- og antimutageniske eller demutagene kapacitet.

Opførsel i vandigt medium i henhold til pH

I et alkalisk medium lider de carboxyliske og fenoliske grupper tabet af H ⁺ -protoner, hvilket efterlader molekylet negativt ladet i hver af disse grupper.

På grund af dette frastøjes negative ladninger, og molekylet strækker sig.

Efterhånden som pH-værdien falder protoneres de fenoliske og carboxyliske grupper igen, og frastødelseseffekten ophører, hvilket får molekylet til at indtage en kompakt struktur, der ligner den hos miceller.

I dette tilfælde forsøges de hydrofobe dele at lokalisere inde i molekylet, og de hydrofile dele er i kontakt med det vandige medium. Disse strukturer siges at være pseudomiceller.

På grund af denne opførsel anføres det, at huminsyrer har afskrækkelsesegenskaber.

Desuden danner de intramolekylære aggregater (inden for deres eget molekyle) efterfulgt af intermolekylær aggregering (mellem forskellige molekyler) og udfældning.

Solubilisering af store ikke-polære molekyler

Humansyrer kan opløse polycykliske aromatiske carbonhydrider, som er giftige og kræftfremkaldende og er relativt uopløselige i vand.

Disse carbonhydrider opløses i det hydrofobe hjerte af pseudomicellerne af huminsyrer.

Kompleks dannelse med metalkationer

Humonsyrer interagerer med metalioner i et alkalisk miljø, hvor kationer eller positive ioner fungerer til at neutralisere de negative ladninger af huminsyremolekylet.

Jo højere kationen er, desto større er dens effektivitet ved dannelse af pseudomiceller. Kationerne er placeret på termodynamisk foretrukne placeringer i strukturen.

Denne proces genererer huminsyre-metal-komplekser, der får en sfærisk form.

Denne interaktion afhænger af metallet og af oprindelsen, molekylvægten og koncentrationen af ​​huminsyren.

Indhentning

Humansyrer kan fås fra organisk stof i jorden. Strukturerne for de forskellige huminsyremolekyler varierer imidlertid afhængigt af jordens placering, dens alder og klimatiske forhold.

Der er flere metoder til at opnå. En af disse er beskrevet nedenfor.

Jorden behandles med en vandig opløsning af 0,5 N NaOH (0,5 ækvivalenter pr. Liter) under en nitrogenatmosfære i 24 timer ved stuetemperatur. Hele filtreres.

Den alkaliske ekstrakt syrnes med 2N HCI til pH 2 og får lov at henstå i 24 timer ved stuetemperatur. Det koagulerede materiale (huminsyrer) separeres fra supernatanten ved centrifugering.

Applikationer

- I landbruget

Brugen af ​​huminsyrer i landbruget har været praktisk kendt siden begyndelsen af ​​landbrugsaktiviteterne, fordi de er en del af humus.

Jord, der er rig på humus, derfor rig på humussyrer, god til dyrkning af planter. Forfatter: Markus Baumeler. Kilde: Pixabay.

Humonsyrer forbedrer vækst og ernæring af planter. De fungerer også som jordbaktericider og fungicider og beskytter planter. Humonsyrer hæmmer fytopatogene svampe, og nogle af deres funktionelle grupper er blevet korreleret med denne aktivitet.

Plante inficeret med Alternaria solani-svampen, der kan bekæmpes med huminsyrer. AfroBrazilian. Kilde: Wikimedia Commons.

Tilstedeværelsen af ​​svovl (S) og C = O carbonylgrupper i huminsyremolekylet favoriserer fungistatisk aktivitet. Tværtimod hæmmer et højt indhold af ilt, aromatiske CO-grupper og visse carbonatomer, der tilhører sukkerarter, den fungistatiske kraft af huminsyre.

For nylig (2019) er effekten af ​​anvendelsen af ​​kvælstofgødning med langsom frigivelse på stabiliseringen af ​​huminsyrer til stede i jordbunden og deres indflydelse på afgrøder undersøgt.

Det blev fundet, at det biocarbonovertrukne urinstof forbedrer strukturen og stabiliteten af ​​humonsyrerne, der er til stede i jorden, hvilket favoriserer tilbageholdelsen af ​​nitrogen og kulstof i jorden og forbedrer udbyttet af afgrøderne.

- Til afhjælpning af forurening

På grund af dets evne til at danne pseudomiceller i et neutralt eller surt medium, har dets anvendelighed ved fjernelse af forurenende stoffer fra spildevand og jord blevet undersøgt i mange år.

Metaller er et af de forurenende stoffer, der kan fjernes med huminsyrer.

Nogle undersøgelser viser, at metalsorptionseffektiviteten af ​​huminsyrer i vandig opløsning har en tendens til at stige med stigende pH og huminsyrekoncentration og med faldende metalkoncentration.

Det blev også bestemt, at metalionerne konkurrerer om de aktive steder i huminsyremolekylet, som generelt er de fenoliske-COOH og –OH-grupper i det.

- I medicinalindustrien

Det har vist sig at være nyttigt til forøgelse af vandopløseligheden af ​​hydrofobe lægemidler.

Nanopartikler af sølv (Ag) belagt med huminsyrer blev fremstillet, hvilket formåede at forblive stabilt i mindst et år.

Disse nanopartikler af sølv og huminsyre sammen med de sidstnævnte antibakterielle egenskaber har et stort potentiale til fremstilling af medikamenter.

Ligeledes er komplekser af carbamazepin, en antiepileptisk medicin med huminsyrer, forsøgt at øge dets opløselighed, og det har vist sig, at lægemidlet bliver meget mere opløseligt og effektivt.

Den samme effekt af forbedring af opløselighed og biotilgængelighed blev opnået med komplekser af huminsyrer og ß-caroten, en forløber for vitamin A.

- I medicin

Humonsyrer er stærke allierede i behandlingen af ​​forskellige sygdomme.

Mod nogle vira

Der er observeret antiviral aktivitet af huminsyrer mod cytomegalovirus og de humane immundefektvirus HIV-1 og HIV-2 blandt andre.

Huminsyremolekyler kan hæmme virusreplikation ved at binde deres negative ladning i alkaliske medier til visse kationiske steder på virussen, som er nødvendige for, at virussen binder til celleoverfladen.

Mod kræft

Humorsyrer har vist sig at udøve kræftfremkaldende læsionshelende egenskaber. Dette tilskrives tilstedeværelsen af ​​quinoner i dens struktur.

Struktur af en kinon, en gruppe til stede i molekylerne i nogle humonsyrer. Forfatter: Marilú Stea.

Quinoner genererer reaktive iltarter, der producerer oxidativ stress og inducerer apoptose af kræftceller gennem fragmenteringen af ​​deres DNA.

Mod mutagenese

Huminsyrer er hæmmere af mutagenese inden i og uden for cellen. Mutagenese er den stabile ændring af det genetiske materiale i en celle, der kan overføres til datterceller.

Evnen til at hæmme mutagenese har vist sig at variere med sammensætningen af ​​huminsyrer og deres koncentration.

På den anden side udøver de en desmutagen virkning på mutagene stoffer såsom benzopyren (polyaromatisk carbonhydrid til stede i nogle fødevarer), 2-nitrofluoren (polyaromatisk carbonhydridprodukt af forbrænding) og 2-aminoanthracen.

Mutagen virkning af benzopyren på DNA. Af Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Løsningsstruktur af en trans-åben (10S) -dA-addukt af +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihydroxy-9,10-epoxy-7,8 9,10-tetrahydrobenzopyren i et duplex-DNA. Fremstillet fra {{PDB-1JDG}}. == Licensing == {{GFDL-. Kilde: Wikimedia Commons.

Mekanismen for denne effekt ligger i adsorptionen af ​​mutagen, for hvilken huminsyrer med større strukturer er de mest effektive. Mutagen adsorberes af huminsyre og mister sin mutagene aktivitet.

Det antages, at dette kan være vigtigt til beskyttelse mod kræftfremkaldende kræft.

- I kosmetikindustrien

På grund af deres evne til at absorbere UV og synlige stråler er humorsyrer blevet foreslået til anvendelse i solblokkere, anti-aging cremer og hudplejeprodukter.

De kan også bruges som konserveringsmidler i kosmetiske produkter.

- I fødevareindustrien

På grund af dets antioxidantegenskaber er det blevet foreslået anvendelse som fødevarekonserveringsmidler og som kosttilskud.

Referencer

1. Gomes de Melo, BA et al. (2016). Humonsyrer: Strukturelle egenskaber og flere funktionaliteter til ny teknologisk udvikling. Materials Science and Engineering C 62 (2016) 967-974. Gendannes fra sciencedirect.com.
2. Wei, S. et al. (2018). Fungistatisk aktivitet af humorsyrer med flere oprindelser i relation til deres kemiske struktur. Tidsskrift for landbrugs- og fødevarekemi 2018, 66, 28, 7514-7521. Gendannes fra pubs.acs.org.
3. Kerndorff, H. og Schnitzer, M. (1980). Sorption af metaller på huminsyre. Geochimica et Cosmochimica Acta Vol 44, s. 1701-1708. Gendannes fra sciencedirect.com.
4. Sato, T. et al. (1987). Mekanisme til humørsyres desmutagene virkning Mutation Research, 176 (1987) 199-204. Gendannes fra sciencedirect.com.
5. Cheng, M.-L. et al. (2003). Humansyre inducerer oxidativ DNA-skade, væksthæmning og apoptose i humane primære fibroblaster. Exp Biol Med (Maywood) 2003 Apr; 228 (4): 413-23. Gendannes fra ncbi.nlm.nih.gov.
6. Li, M. et al. (2019). Organisk kulstofsekvestrering i humusholdige stoffer som påvirket af anvendelsen af ​​forskellige kvælstofgødninger i et beskæringssystem med vegetabilsk rotation. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67, 11, 3106-3113. Gendannes fra pubs.acs.org.