Huminsyrestruktur, egenskaper, produksjon, bruksområder

4620
Simon Doyle
Huminsyrestruktur, egenskaper, produksjon, bruksområder

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, fenoler, sukkerlignende ringer, kinoner og aminosyrederivater..

Humiske stoffer, hvorav humussyrer er en del, fordeles i jord, naturlig vann og sedimenter, ettersom de er et resultat av nedbrytningen av planter, dyr og naturlige rester.

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

Huminsyrer er en del av humus og har evnen til å forbedre plantevekst og ernæring, ettersom de lar næringsstoffer oppbevares 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 samme molekyl.

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

Takket være hydrokarbonkjedene eller de aromatiske delene kan de oppløse og låse i seg polysykliske aromatiske molekyler som er giftige. I tillegg har de potensiell bruk innen kreftmedisin og til fremstilling av mer effektive farmasøytiske produkter..

Artikkelindeks

  • 1 Struktur
  • 2 Nomenklatur
  • 3 eiendommer
    • 3.1 Fysisk tilstand
    • 3.2 Molekylvekt
    • 3.3 Løselighet
    • 3.4 Kjemiske og biologiske egenskaper
    • 3.5 Oppførsel i vandig medium i henhold til pH
    • 3.6 Solubilisering av store ikke-polare molekyler
    • 3.7 Kompleks formasjon med metallkationer
  • 4 Motta
  • 5 bruksområder
    • 5.1 - I landbruket
    • 5.2 - Ved avhjelping av forurensning
    • 5.3 - I legemiddelindustrien
    • 5.4 - I medisin
    • 5.5 - I den kosmetiske industrien
    • 5.6 - I næringsmiddelindustrien
  • 6 Referanser

Struktur

Huminsyrer inneholder forskjellige funksjonelle grupper hvis mengder avhenger av den geografiske opprinnelsen til huminsyren, alder, miljømessige og biologiske forhold og klimaet der molekylet ble produsert. Av denne grunn har den presise karakteriseringen blitt vanskelig.

Dens viktigste funksjonelle grupper er fenol, karboksyl, enol, kinon, eter, sukker og peptider.

De funksjonelle gruppene som gir den sine hovedegenskaper er fenol-, karboksyl- og kinongruppene..

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

Eksempel på et huminsyremolekyl, hvor fenol -OH-gruppene, -COOH, kinon, sukkerrester og peptider (-NH) kan observeres. Yikrazuul [Offentlig domene]. Kilde: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

- Huminsyrer.

- HA eller HA Huminsyrer).

Eiendommer

Fysisk tilstand

Amorfe faste stoffer.

Molekylær vekt

Molekylvektene deres varierer fra 2,0 til 1300 kDa.

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

Løselighet

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

Dens oppløsning i vann er kompleks fordi humussyrer ikke er en individuell komponent, men en blanding av komponenter, hvor bare noen av dem er oppløselige i vann..

Dens løselighet kan variere avhengig av sammensetningen, pH og ionestyrken til løsningsmidlet..

Kjemiske og biologiske egenskaper

Huminsyremolekyler har generelt en hydrofil eller vannlignende del og en hydrofob del som avviser vann. Derfor sies det at de er amfifile.

På grunn av sin amfifile karakter, danner humussyrer, i et nøytralt eller surt medium, strukturer som ligner på micellene, kalt pseudomiceller..

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

Kinon-gruppene 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 favorisere dannelsen av komplekser med tungmetaller. Og de forklarer også dens antivirale og antiinflammatoriske aktivitet.

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

Oppførsel i vandig medium i henhold til pH

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

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

Når pH synker, protoneres fenol- og karboksylgruppene igjen, og frastøtningseffektene opphører, noe som får molekylet til å vedta en kompakt struktur, lik den for miceller..

I dette tilfellet forsøkes de hydrofobe delene å være lokalisert 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 blir det uttalt at humussyrer har vaskemiddelegenskaper.

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

Solubilisering av store ikke-polare molekyler

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

Disse hydrokarboner er solubilisert i det hydrofobe hjertet av pseudomicellene av huminsyrer..

Kompleks formasjon med metallkationer

Huminsyrer samhandler med metallioner i et alkalisk miljø der kationer eller positive ioner virker for å nøytralisere de negative ladningene av huminsyremolekylet..

Jo høyere kationens ladning, jo større er dens effektivitet ved dannelse av pseudomiceller. Kationene er plassert på termodynamisk foretrukne steder i strukturen.

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

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

Å skaffe

Humussyrer kan fås fra organisk materiale i jorden. Strukturene til de forskjellige huminsyremolekylene varierer imidlertid avhengig av jordens beliggenhet, dens alder og klimatiske forhold..

Det er flere måter å skaffe seg. En av disse er beskrevet nedenfor.

Jorden behandles med en vandig løsning av 0,5 N NaOH (0,5 ekvivalenter per liter) under en nitrogenatmosfære i 24 timer ved romtemperatur. Det hele er filtrert.

Det alkaliske ekstraktet surgjøres med 2N HC1 til pH 2 og får stå i 24 timer ved romtemperatur. Det koagulerte materialet (humussyrer) skilles fra supernatanten ved sentrifugering.

applikasjoner

- I landbruket

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

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

Huminsyrer forbedrer plantevekst og ernæring. De fungerer også som jordbakteriedrepende og soppdrepende midler, og beskytter planter. Huminsyrer hemmer fytopatogene sopp, og noen av deres funksjonelle grupper har vært korrelert med denne aktiviteten.

Plante smittet av soppen Alternaria solani som kan bekjempes med humussyrer. AfroBrazilian [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]. Kilde: Wikimedia Commons.

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

Nylig (2019) har man studert effekten av påføring av nitrogengjødsel med langsom frigjøring på stabiliseringen av humussyrer som er tilstede i jord og deres innvirkning på avlinger..

Det ble funnet at det biokarbonbelagte urea forbedrer strukturen og stabiliteten til humussyrer som er tilstede i jorden, noe som favoriserer jordens retensjon av nitrogen og karbon og forbedrer utbyttet av avlinger..

- Ved utbedring av forurensning

På grunn av sin evne til å danne pseudo-miceller i et nøytralt eller surt medium, har det vært utforsket dets brukbarhet for å fjerne forurensende stoffer fra avløpsvann og jord i mange år..

Metaller er en av forurensningene som kan fjernes med humussyrer.

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

Det ble også bestemt at metallionene konkurrerer om de aktive stedene i huminsyremolekylet, som generelt er fenol-COOH og -OH-gruppene i dette.

- I legemiddelindustrien

Det har vist seg nyttig når det gjelder å øke vannløseligheten til hydrofobe medikamenter.

Sølv nanopartikler (Ag) belagt med humussyrer 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 høyt potensial for fremstilling av medisiner.

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

Den samme løseligheten og biotilgjengelighetsforbedrende effekten ble oppnådd med komplekser av huminsyrer og β-karoten, en forløper for vitamin A.

- I medisin

Humussyrer er sterke allierte i behandlingen av forskjellige sykdommer.

Mot noen virus

Antiviral aktivitet av humussyrer har blitt observert mot cytomegalovirus og humane immundefektvirus 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

Humussyrer har vist seg å utøve kreftfremkallende lesjonshelbredende egenskaper. Dette tilskrives tilstedeværelsen av kinoner i strukturen.

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

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

Mot mutagenese

Huminsyrer 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 tilstede i enkelte matvarer), 2-nitrofluoren (polyaromatisk hydrokarbonprodukt ved forbrenning) og 2-aminoanthracen.

Mutagen effekt av benzopyren på DNA. Av Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Løsningsstruktur av et trans-åpnet (10S) -dA-addukt på +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihydroxy-9,10-epoxy-7,8 , 9,10-tetrahydrobenzo [a] pyren i et dupleks-DNA. Produsert fra PDB | 1JDG. == Lisensiering == GFDL-. Kilde: Wikimedia Commons.

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

Dette antas å være viktig for beskyttelse mot karsinogenese..

- I den kosmetiske industrien

På grunn av deres evne til å absorbere UV og synlige stråler, er humussyrer blitt foreslått for bruk i solblokkere, anti-aging kremer og hudpleieprodukter..

De kan også brukes som konserveringsmidler i kosmetiske produkter.

- I næringsmiddelindustrien

På grunn av dets antioksidantegenskaper har bruken blitt foreslått som konserveringsmidler for mat og som kosttilskudd..

Referanser

  1. Gomes de Melo, B.A. et al. (2016). Huminsyrer: Strukturelle egenskaper og flere funksjoner for ny teknologisk utvikling. Materialvitenskap og ingeniørvitenskap C 62 (2016) 967-974. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
  2. Wei, S. et al. (2018). Fungistatisk aktivitet av multiorigin huminsyrer i forhold til deres kjemiske 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 for den desmutagene effekten av huminsyre. Mutasjonsforskning, 176 (1987) 199-204. Gjenopprettet fra sciencedirect.com.
  5. Cheng, M.-L. et al. (2003). Huminsyre induserer oksidativ DNA-skade, veksthemming og apoptose i primære fibroblaster hos mennesker. 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 jordhumiske stoffer som påvirkes av påføring av forskjellige nitrogengjødsel i et avlingssystem for grønnsaksrotasjon. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67, 11, 3106-3113. Gjenopprettet fra pubs.acs.org.

Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.