HUMINSYRE: STRUKTUR, EGENSKAPER, PRODUKSJON, BRUK - KJEMI - 2025

Huminsyre er det generiske navnet på en familie av organiske forbindelser som er en del av humiske stoffer. De har forskjellige funksjonelle grupper, inkludert karboksyler, fenol, sukkerlignende ringer, kinoner og aminosyrederivater.

Humiske stoffer, som huminsyrer er en del av, distribueres i jordsmonn, naturlig vann og sedimenter, da de er et resultat av nedbrytning av plante-, dyre- og naturlig avfall.

Organisk materiale som vil bli til stoffer som huminsyrer. Forfatter: Pisauikan. Kilde: Pixabay.

Humonsyrer er en del av humus og har evnen til å forbedre plantevekst og ernæring, da de lar næringsstoffene holdes lenger i jorden slik at de er tilgjengelige for planter.

De er amfifile forbindelser, det vil si at de har deler som er relatert til vann og deler som avviser vann, alt innenfor det samme molekylet.

På grunn av sine –OH og –COOH-grupper kan de danne komplekser med metallioner eller kationer.

Takket være hydrokarbonkjeder eller aromatiske porsjoner, kan de oppløse og låse seg i seg polykykliske aromatiske molekyler som er giftige. I tillegg har de potensiell bruk i kreftmedisin og i utarbeidelse av mer effektive legemidler.

Struktur

Humansyrer inneholder forskjellige funksjonelle grupper, hvorav mengdene avhenger av den geografiske opprinnelsen til huminsyren, alder, miljømessige og biologiske forhold og klimaet der molekylet ble produsert. Av denne grunn har dens presise karakterisering blitt vanskelig.

De viktigste funksjonelle gruppene er fenol, karboksyl, enol, kinon, eter, sukker og peptider.

De funksjonelle gruppene som gir det sine viktigste egenskaper er fenol-, karboksyl- og kinon-grupper.

Den store strukturen til en huminsyre er sammensatt av hydrofile deler som er dannet av -OH-grupper og hydrofobe deler som består av alifatiske kjeder og aromatiske ringer.

Eksempel på et huminsyremolekyl hvor fenoliske -OH-grupper, -COOH, kinon, sukkerrester og peptider (-NH) kan observeres. Yikrazuul. Kilde: Wikimedia Commons.

nomenklatur

- Humonsyrer.

- HA eller HAs (Humic Acids).

Egenskaper

Fysisk tilstand

Amorfe faste stoffer.

Molekylær vekt

Deres molekylvekter varierer fra 2,0 til 1300 kDa.

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

løselighet

Huminsyrer er den fraksjonen av humiske stoffer som er oppløselig i alkalisk vandig medium. De er delvis oppløselige i vann. Uoppløselig i surt medium.

Oppløsningen i vann er sammensatt fordi huminsyrer ikke er en individuell komponent, men en blanding av komponenter, hvor bare noen av dem er oppløselige i vann.

Løseligheten kan variere avhengig av dens sammensetning, pH og ionestyrken til løsningsmidlet.

Kjemiske og biologiske egenskaper

Huminsyremolekyler har generelt en hydrofil eller vannrelatert del og en hydrofob del som avviser vann. Det er grunnen til at de sies å være amfifile.

På grunn av deres amfifile natur danner huminsyrer, i et nøytralt eller surt medium, strukturer som ligner de på miceller, kalt pseudo-miceller.

De er svake syrer, som er forårsaket av fenol- og karboksylgrupper.

Gruppene av kinon-typen er ansvarlige for dannelsen av reaktive oksygenarter, da de reduseres til semikinoner og deretter til hydrokinoner, som er veldig stabile.

Tilstedeværelsen av fenol- og karboksylgrupper i huminsyremolekyler gir dem muligheten til å forbedre plantevekst og ernæring. Slike grupper kan også fremme kompleksisering med tungmetaller. Og de forklarer også dens antivirale og betennelsesdempende aktivitet.

På den annen side er tilstedeværelsen av kinon-, fenol- og karboksylgrupper relatert til deres antioksidant-, soppdrepende, bakteriedrepende og antimutageniske eller demutagene kapasitet.

Oppførsel i vandig medium i henhold til pH

I et alkalisk medium lider karboksyl- og fenolgruppene tap av H ⁺ -protoner , noe som etterlater molekylet negativt ladet i hver av disse gruppene.

På grunn av dette blir negative ladninger frastøtt og molekylet strekker seg.

Når pH-verdien synker, blir de fenoliske og karboksyliske gruppene igjen protonert og frastøtingseffektene opphører, noe som får molekylet til å innta en kompakt struktur, lik den for miceller.

I dette tilfellet blir de hydrofobe delene prøvd å lokalisere inne i molekylet, og de hydrofile delene er i kontakt med det vandige mediet. Disse strukturene sies å være pseudo-miceller.

På grunn av denne oppførselen er det oppgitt at huminsyrer har avstengningsegenskaper.

Videre danner de intramolekylære aggregater (innenfor sitt eget molekyl), etterfulgt av intermolekylær aggregering (mellom forskjellige molekyler) og utfelling.

Solubilisering av store ikke-polare molekyler

Humansyrer kan oppløse polysykliske aromatiske hydrokarboner som er giftige og kreftfremkallende og relativt uoppløselige i vann.

Disse hydrokarboner blir solubilisert i det hydrofobe hjertet i pseudo-micellene av huminsyrer.

Kompleks dannelse med metallkationer

Humansyrer interagerer med metallioner i et alkalisk miljø hvor kationer eller positive ioner virker for å nøytralisere de negative ladningene til huminsyremolekylet.

Jo høyere kation ladningen er, jo større er dens effektivitet ved dannelse av pseudomiceller. Kationene er lokalisert på termodynamisk foretrukne steder i strukturen.

Denne prosessen genererer huminsyre-metallkomplekser som får en sfærisk form.

Denne interaksjonen avhenger av metallet og av opprinnelsen, molekylvekten og konsentrasjonen av huminsyren.

Å skaffe

Humansyrer kan fås fra organisk materiale i jorda. Strukturen til de forskjellige huminsyremolekylene varierer imidlertid avhengig av jordens beliggenhet, dens alder og klimatiske forhold.

Det er flere metoder for å få tak i. En av disse er beskrevet nedenfor.

Jorden blir behandlet med en vandig løsning av 0,5 N NaOH (0,5 ekvivalenter per liter) under en nitrogenatmosfære i 24 timer ved romtemperatur. Hele filtreres.

Det alkaliske ekstraktet surgjøres med 2N HCl til pH 2 og får stå i 24 timer ved romtemperatur. Det koagulerte materialet (huminsyrer) skilles fra supernatanten ved sentrifugering.

applikasjoner

- I jordbruket

Bruken av huminsyrer i landbruket har vært praktisk kjent siden begynnelsen av landbruksaktiviteter fordi de er en del av humus.

Jord rik på humus, derfor rik på huminsyrer, bra for dyrking av planter. Forfatter: Markus Baumeler. Kilde: Pixabay.

Humonsyrer forbedrer veksten og ernæringen til planter. De fungerer også som jordbaktericider og soppdrepende midler, og beskytter planter. Humorsyrer hemmer fytopatogene sopp, og noen av deres funksjonelle grupper har blitt korrelert med denne aktiviteten.

Plante infisert av Alternaria solani-soppen som kan bekjempes med huminsyrer. Afro-brasilianere. Kilde: Wikimedia Commons.

Tilstedeværelsen av svovel (S) og C = O karbonylgrupper i huminsyremolekylet favoriserer fungistatisk aktivitet. Tvert imot, et høyt innhold av oksygen, aromatiske CO-grupper og visse karbonatomer som tilhører sukker, hemmer den fungistatiske kraften til huminsyre.

Nylig (2019) er effekten av påføringen av langsom frigjøring av nitrogengjødsel i stabiliseringen av huminsyrer som er til stede i jordsmonn og deres innflytelse på avlinger blitt studert.

Det ble funnet at den biokarbonbelagte urea forbedrer strukturen og stabiliteten av huminsyrene som er tilstede i jorden, og favoriserer at jord og kull holdes tilbake og forbedrer utbyttet av avlingene.

- I sanering av forurensning

På grunn av dens evne til å danne pseudo-miceller i et nøytralt eller surt medium, har det vært nyttig å fjerne forurensninger fra avløpsvann og jordsmonn i mange år.

Metaller er et av miljøgiftene som kan fjernes med huminsyrer.

Noen studier viser at metallsorpsjonseffektiviteten til huminsyrer i vandig løsning har en tendens til å øke med økende pH og huminsyrekonsentrasjon og med synkende metallkonsentrasjon.

Det ble også bestemt at metallionene konkurrerer om de aktive stedene til huminsyremolekylet, som vanligvis er de fenoliske-COOH- og –OH-gruppene i det.

- I legemiddelindustrien

Det har vist seg nyttig å øke vannløseligheten til hydrofobe medisiner.

Nanopartikler av sølv (Ag) belagt med huminsyrer ble fremstilt, som klarte å holde seg stabile i minst ett år.

Disse nanopartiklene av sølv og huminsyre, sammen med de antibakterielle egenskapene til sistnevnte, har et stort potensiale for fremstilling av medisiner.

På samme måte er komplekser av karbamazepin, en antiepileptisk medisin, med huminsyrer forsøkt å øke dets løselighet, og det har vist seg at stoffet blir mye mer løselig og effektivt.

Den samme effekten av å forbedre løseligheten og biotilgjengeligheten ble oppnådd med komplekser av huminsyrer og ß-karoten, en forløper for vitamin A.

- I medisin

Humansyrer er sterke allierte i behandlingen av forskjellige sykdommer.

Mot noen virus

Antiviral aktivitet av huminsyrer er observert mot cytomegalovirus og humant immunsviktvirus HIV-1 og HIV-2, blant andre.

Huminsyremolekyler kan hemme virusreplikasjon ved å binde deres negative ladning i alkalisk medium til visse kationiske steder på viruset, som er nødvendige for at viruset skal binde seg til celleoverflaten.

Mot kreft

Humansyrer har vist seg å ha kreftfremkallende helbredelsesegenskaper. Dette tilskrives tilstedeværelsen av kinoner i strukturen.

Struktur av en kinon, en gruppe som er tilstede i molekylene til noen huminsyrer. Forfatter: Marilú Stea.

Kinoner genererer reaktive oksygenarter som produserer oksidativt stress og induserer apoptose av kreftceller gjennom fragmenteringen av deres DNA.

Mot mutagenese

Humansyrer er hemmere av mutagenese i og utenfor cellen. Mutagenese er den stabile endringen av det genetiske materialet i en celle som kan overføres til datterceller.

Evnen til å hemme mutagenese har vist seg å variere med sammensetningen av huminsyrer og deres konsentrasjon.

På den annen side utøver de en desmutagen effekt på mutagene stoffer som benzopyren (polyaromatisk hydrokarbon til stede i noen matvarer), 2-nitrofluoren (polyaromatisk hydrokarbonprodukt av forbrenning) og 2-aminoanthracen.

Mutagen effekt av benzopyrene på DNA. Av Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Løsningsstruktur av en trans-åpnet (10S) -dA-addukt av +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihydroxy-9,10-epoxy-7,8 9,10-tetrahydrobenzopyren i et dupleks-DNA. Produsert fra {{PDB-1JDG}}. == Lisensiering == {{GFDL-. Kilde: Wikimedia Commons.

Mekanismen for denne effekten ligger i adsorpsjonen av mutagen, hvor humussyrer med større strukturer er de mest effektive. Mutagenet adsorberes av huminsyre og mister sin mutagene aktivitet.

Det antas at dette kan være viktig for beskyttelse mot karsinogenese.

- I kosmetikkindustrien

På grunn av deres evne til å absorbere UV og synlige stråler, er huminsyrer foreslått brukt i solblokkere, anti-aldringskremer og hudpleieprodukter.

De kan også brukes som konserveringsmidler i kosmetiske produkter.

- I matindustrien

På grunn av antioksidantegenskapene har det blitt foreslått bruk som matbeskyttelsesmidler og som kosttilskudd.

referanser

1. Gomes de Melo, BA et al. (2016). Humorsyrer: Strukturelle egenskaper og flere funksjoner for ny teknologisk utvikling. Materials Science and Engineering C 62 (2016) 967-974. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
2. Wei, S. et al. (2018). Fungistatisk aktivitet av humorsyrer med flere armer i forhold til kjemisk struktur. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2018, 66, 28, 7514-7521. Gjenopprettet fra pubs.acs.org.
3. Kerndorff, H. og Schnitzer, M. (1980). Sorpsjon av metaller på huminsyre. Geochimica et Cosmochimica Acta Vol 44, s. 1701-1708. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
4. Sato, T. et al. (1987). Mekanisme av den desmutagene effekten av huminsyre. Mutation Research, 176 (1987) 199-204. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
5. Cheng, M.-L. et al. (2003). Humisk syre induserer oksidativ DNA-skade, veksthemming og apoptose i humane primære fibroblaster. Exp Biol Med (Maywood) 2003 Apr; 228 (4): 413-23. Gjenopprettet fra ncbi.nlm.nih.gov.
6. Li, M. et al. (2019). Organisk karbonbinding i humiske jordsmonnestoffer påvirket av påføring av forskjellige nitrogengjødsel i et vegetasjonsrotasjonsbeskjæringssystem. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67, 11, 3106-3113. Gjenopprettet fra pubs.acs.org.