KYSELINA HUMÍNOVÁ: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, VÝROBA, POUŽITIE - CHÉMIA - 2025

Kyselina humínová je generický názov rodiny organických zlúčenín, ktoré sú súčasťou humínových látok. Majú rôzne funkčné skupiny, vrátane karboxylových skupín, fenolov, cukrov podobných kruhov, chinónov a derivátov aminokyselín.

Humínové látky, ktorých súčasťou sú humínové kyseliny, sa distribuujú do pôdy, prírodných vôd a sedimentov, pretože sú výsledkom rozkladu rastlinného, ​​živočíšneho a prírodného odpadu.

Organický materiál, ktorý sa zmení na látky, ako sú napríklad humínové kyseliny. Autor: Pisauikan. Zdroj: Pixabay.

Kyseliny humínové sú súčasťou humusu a majú schopnosť zlepšovať rast a výživu rastlín, pretože umožňujú, aby živiny zostali dlhšie v pôde, takže sú dostupné pre rastliny.

Sú to amfifilné zlúčeniny, to znamená, že majú časti, ktoré súvisia s vodou a časti, ktoré vodu odvádzajú, všetko v rámci tej istej molekuly.

Vďaka svojim skupinám –OH a -COOH môžu tvoriť komplexy s kovovými iónmi alebo katiónmi.

Vďaka svojim uhľovodíkovým reťazcom alebo aromatickým častiam sa môžu rozpúšťať a blokovať v sebe toxické polycyklické aromatické molekuly. Okrem toho majú potenciálne použitie v protinádorovej medicíne a pri príprave účinnejších liečiv.

štruktúra

Kyseliny humínové obsahujú rôzne funkčné skupiny, ktorých množstvo závisí od geografického pôvodu kyseliny humínovej, veku, environmentálnych a biologických podmienok a podnebia, v ktorom bola molekula vyrobená. Z tohto dôvodu sa jeho presná charakteristika stala ťažkou.

Jeho hlavnými funkčnými skupinami sú fenolické, karboxylové, enolické, chinónové, éterové, cukry a peptidy.

Funkčné skupiny, ktoré jej dávajú hlavné charakteristiky, sú fenolové, karboxylové a chinónové skupiny.

Veľká štruktúra humínovej kyseliny sa skladá z hydrofilných častí tvorených skupinami -OH a hydrofóbnymi časťami pozostávajúcimi z alifatických reťazcov a aromatických kruhov.

Príklad molekuly humínovej kyseliny, kde je možné pozorovať fenolové skupiny -OH, -COOH, chinón, zvyšky cukru a peptidy (-NH). Yikrazuul. Zdroj: Wikimedia Commons.

názvoslovie

- Kyseliny humínové.

- HA alebo HA (humínové kyseliny).

vlastnosti

Fyzický stav

Amorfné pevné látky.

Molekulová hmotnosť

Ich molekulové hmotnosti sa pohybujú od 2,0 do 1300 kDa.

Jeden Da alebo Dalton má hodnotu 1,66 x 10 - ²⁴ gramov.

rozpustnosť

Kyseliny humínové sú frakciou humínových látok rozpustných v alkalickom vodnom prostredí. Sú čiastočne rozpustné vo vode. Nerozpustný v kyslom prostredí.

Jeho rozpúšťanie vo vode je zložité, pretože humínové kyseliny nie sú samostatnou zložkou, ale zmesou zložiek, kde iba niektoré z nich sú rozpustné vo vode.

Jeho rozpustnosť sa môže meniť v závislosti na zložení, pH a iónovej sile rozpúšťadla.

Chemické a biologické vlastnosti

Molekuly humínovej kyseliny majú spravidla hydrofilnú alebo s vodou súvisiacu časť a hydrofóbnu časť, ktorá vylučuje vodu. Preto sa hovorí, že sú obojživelníci.

V dôsledku svojej amfifilnej povahy tvoria humínové kyseliny v neutrálnom alebo kyslom prostredí podobné štruktúry ako micely, ktoré sa nazývajú pseudomikely.

Sú to slabé kyseliny, ktoré sú spôsobené fenolovými a karboxylovými skupinami.

Skupiny chinónového typu sú zodpovedné za tvorbu reaktívnych druhov kyslíka, pretože sú redukované na semichinóny a potom na hydrochinóny, ktoré sú veľmi stabilné.

Prítomnosť fenolových a karboxylových skupín v molekulách humínovej kyseliny im dáva schopnosť zlepšovať rast a výživu rastlín. Takéto skupiny môžu tiež podporovať komplexáciu s ťažkými kovmi. Vysvetľujú tiež jeho antivírusovú a protizápalovú aktivitu.

Na druhej strane prítomnosť chinónových, fenolových a karboxylových skupín súvisí s ich antioxidačnými, fungicídnymi, baktericídnymi a antimutagénnymi alebo demutagénnymi schopnosťami.

Správanie sa vo vodnom prostredí podľa pH

V alkalickom prostredí karboxylové a fenolické skupiny trpia stratou protónov H ⁺ , čo molekulu ponecháva záporne nabitú v každej z týchto skupín.

V dôsledku toho sa negatívne náboje odrazia a molekula sa roztiahne.

Keď sa pH znižuje, fenolové a karboxylové skupiny sú opäť protonované a účinky odpudzovania prestávajú, čo spôsobuje, že molekula prijíma kompaktnú štruktúru podobnú štruktúre miciel.

V tomto prípade sa hydrofóbne časti pokúšajú lokalizovať vo vnútri molekuly a hydrofilné časti sú v kontakte s vodným médiom. Tieto štruktúry sa označujú ako pseudomikely.

V dôsledku tohto správania sa uvádza, že humínové kyseliny majú detergentné vlastnosti.

Ďalej tvoria intramolekulárne agregáty (v rámci svojej vlastnej molekuly), po ktorých nasleduje intermolekulárna agregácia (medzi rôznymi molekulami) a zrážanie.

Solubilizácia veľkých nepolárnych molekúl

Humínové kyseliny môžu solubilizovať polycyklické aromatické uhľovodíky, ktoré sú toxické a karcinogénne a sú relatívne nerozpustné vo vode.

Tieto uhľovodíky sú solubilizované v hydrofóbnom srdci pseudo-miciel humínových kyselín.

Komplexné formovanie s kovovými katiónmi

Humínové kyseliny interagujú s kovovými iónmi v alkalickom prostredí, kde katióny alebo pozitívne ióny pôsobia tak, že neutralizujú záporné náboje molekuly humínovej kyseliny.

Čím vyšší je náboj katiónu, tým väčšia je jeho účinnosť pri tvorbe pseudo-miciel. Katióny sú umiestnené na termodynamicky výhodných miestach v štruktúre.

Tento proces vytvára komplexy humínovej kyseliny a kovu, ktoré nadobúdajú guľový tvar.

Táto interakcia závisí od kovu a od pôvodu, molekulovej hmotnosti a koncentrácie humínovej kyseliny.

získanie

Kyseliny humínové sa dajú získať z organických látok v pôde. Štruktúry rôznych molekúl humínovej kyseliny sa však líšia v závislosti od polohy pôdy, jej veku a klimatických podmienok.

Existuje niekoľko metód získavania. Jeden z nich je opísaný nižšie.

Pôda sa v atmosfére dusíka 24 hodín pri izbovej teplote spracuje vodným roztokom 0,5 N NaOH (0,5 ekvivalentu na liter). Celok sa filtruje.

Alkalický extrakt sa okyslí 2N HCI na pH 2 a nechá sa stáť 24 hodín pri teplote miestnosti. Koagulovaný materiál (humínové kyseliny) sa oddelí od supernatantu odstredením.

aplikácia

- V poľnohospodárstve

Použitie humínových kyselín v poľnohospodárstve je známe prakticky od začiatku poľnohospodárskej činnosti, pretože sú súčasťou humusu.

Pôda bohatá na humus, teda bohatá na humínové kyseliny, vhodná na pestovanie rastlín. Autor: Markus Baumeler. Zdroj: Pixabay.

Kyseliny humínové zlepšujú rast a výživu rastlín. Pôsobia tiež ako baktericídy a fungicídy v pôde, ktoré chránia rastliny. Humínové kyseliny inhibujú fytopatogénne huby a niektoré z ich funkčných skupín sú v korelácii s touto aktivitou.

Rastlina infikovaná hubou Alternaria solani, proti ktorej je možné bojovať s humínovými kyselinami. AfroBrazilian. Zdroj: Wikimedia Commons.

Prítomnosť síry (S) a C = O karbonylových skupín v molekule humínovej kyseliny podporuje fungistatickú aktivitu. Naopak, vysoký obsah kyslíka, aromatických CO skupín a určitých atómov uhlíka patriacich k cukrom inhibuje fungistatickú silu humínovej kyseliny.

Nedávno (2019) sa študoval účinok aplikácie dusíkatých hnojív s pomalým uvoľňovaním na stabilizáciu humínových kyselín prítomných v pôde a ich vplyv na plodiny.

Zistilo sa, že močovina potiahnutá biokarbónom zlepšuje štruktúru a stabilitu humínových kyselín prítomných v pôde, podporuje zadržiavanie dusíka a uhlíka v pôde a zlepšuje výnos plodín.

- Na nápravu znečistenia

Vďaka svojej schopnosti tvoriť pseudomelely v neutrálnom alebo kyslom prostredí bola už mnoho rokov skúmaná jej užitočnosť pri odstraňovaní znečisťujúcich látok z odpadových vôd a pôd.

Kovy sú jednou z znečisťujúcich látok, ktoré sa dajú odstrániť pomocou humínových kyselín.

Niektoré štúdie ukazujú, že sorpčná účinnosť humínových kyselín vo vodnom roztoku má tendenciu sa zvyšovať so zvyšujúcim sa pH a koncentráciou humínovej kyseliny a so znižujúcou sa koncentráciou kovu.

Bolo tiež stanovené, že kovové ióny súťažia o aktívne miesta molekuly humínovej kyseliny, ktoré sú v nej zvyčajne fenolické skupiny -COOH a -OH.

- Vo farmaceutickom priemysle

Ukázalo sa, že je užitočné pri zvyšovaní rozpustnosti hydrofóbnych liečiv vo vode.

Boli pripravené strieborné (Ag) nanočastice potiahnuté humínovými kyselinami, ktorým sa podarilo zostať stabilné najmenej jeden rok.

Tieto nanočastice striebra a kyseliny humínovej spolu s antibakteriálnymi vlastnosťami týchto látok majú vysoký potenciál na prípravu liečiv.

Podobne sa vyskúšalo zvýšenie rozpustnosti komplexov karbamazepínu, antiepileptického liečiva s humínovými kyselinami, a ukázalo sa, že liečivo sa stáva oveľa rozpustnejším a účinnejším.

Rovnaký účinok na zlepšenie rozpustnosti a biologickej dostupnosti sa dosiahol s komplexmi humínových kyselín a β-karoténu, prekurzora vitamínu A.

- V medicíne

Kyseliny humínové sú silnými spojencami pri liečbe rôznych chorôb.

Proti niektorým vírusom

Medzi inými bola pozorovaná antivírusová aktivita humínových kyselín proti cytomegalovírusom a vírusom ľudskej imunodeficiencie HIV-1 a HIV-2.

Molekuly humínovej kyseliny môžu inhibovať replikáciu vírusu väzbou ich negatívneho náboja v alkalickom médiu na určité katiónové miesta vírusu, ktoré sú potrebné pre väzbu vírusu na bunkový povrch.

Proti rakovine

Zistilo sa, že humínové kyseliny majú liečivé účinky na karcinogénne lézie. To sa pripisuje prítomnosti chinónov v jeho štruktúre.

Štruktúra chinónu, skupina prítomná v molekulách niektorých huminových kyselín. Autor: Marilú Stea.

Chinóny generujú reaktívne formy kyslíka, ktoré spôsobujú oxidačný stres a indukujú apoptózu rakovinových buniek fragmentáciou ich DNA.

Proti mutagenéze

Kyseliny humínové sú inhibítory mutagenézy vo vnútri a mimo bunky. Mutagenéza je stabilná zmena genetického materiálu bunky, ktorá sa môže prenášať na dcérske bunky.

Zistilo sa, že schopnosť inhibovať mutagenézu sa mení podľa zloženia humínových kyselín a ich koncentrácie.

Na druhej strane vykazujú desmutagénny účinok na mutagénne látky, ako sú benzopyrén (polyaromatický uhľovodík prítomný v niektorých potravinách), 2-nitrofluorén (produkt spaľovania polyaromatického uhľovodíka) a 2-aminoantracén.

Mutagénny účinok benzopyrénu na DNA. Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Štruktúra roztoku trans-otvoreného (10S) -dA aduktu +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihydroxy-9,10-epoxy-7,8 9,10-tetrahydrobenzopyrén v duplexnej DNA. Vyrobené z {{PDB-1JDG}}. == Licencovanie == {{GFDL-. Zdroj: Wikimedia Commons.

Mechanizmus tohto účinku spočíva v adsorpcii mutagénu, a preto sú najúčinnejšie humínové kyseliny s väčšou štruktúrou. Mutagén je adsorbovaný kyselinou humínovou a stráca svoju mutagénnu aktivitu.

Predpokladá sa, že to môže byť dôležité na ochranu pred karcinogenézou.

- V kozmetickom priemysle

Kvôli svojej schopnosti absorbovať UV a viditeľné lúče boli humínové kyseliny navrhnuté na použitie v opaľovacích krémoch, krémoch proti starnutiu a prípravkoch na starostlivosť o pleť.

Môžu byť tiež použité ako konzervačné látky v kozmetických výrobkoch.

- V potravinárskom priemysle

Vzhľadom na svoje antioxidačné vlastnosti sa navrhuje použitie ako konzervačné látky v potravinách a ako doplnok výživy.

Referencie

1. Gomes de Melo, BA a kol. (2016). Kyseliny humínové: Štrukturálne vlastnosti a viac funkcií pre nový technologický vývoj. Materials Science and Engineering C 62 (2016) 967-974. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
2. Wei, S. a kol. (2018). Fungistatická aktivita multiorigínových huminových kyselín vo vzťahu k ich chemickej štruktúre. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2018, 66, 28, 7514-7521. Obnovené z adresy pubs.acs.org.
3. Kerndorff, H. a Schnitzer, M. (1980). Sorpcia kovov na kyselinu humínovú. Geochimica a Cosmochimica Acta zv. 44, str. 1701-1708. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
4. Sato, T. a kol. (1987). Mechanizmus desmutagénneho účinku kyseliny humínovej. Mutation Research, 176 (1987) 199-204. Obnovené zo stránky sciusalirect.com.
5. Cheng, M.-L. a kol. (2003). Kyselina humínová indukuje oxidačné poškodenie DNA, spomalenie rastu a apoptózu v ľudských primárnych fibroblastoch. Exp Biol Med (Maywood) 2003 apríl; 228 (4): 413-23. Získané z ncbi.nlm.nih.gov.
6. Li, M. a kol. (2019). Organická sekvestrácia uhlíka v humínových substanciách pôdy ovplyvnená použitím rôznych dusíkatých hnojív v systéme striedania rastlín. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67, 11, 3106-3113. Obnovené z adresy pubs.acs.org.