ХУМИЧНА КИСЕЛИНА: СТРУКТУРА, СВОЈСТВА, ПРОИЗВОДЊА, УПОТРЕБА - ХЕМИЈА - 2025

Хуминска киселина је генеричко име породице органских једињења која су део хуманих супстанци. Имају различите функционалне групе, међу којима можемо поменути карбоксилне, фенолне, шећерне прстенове, киноне и деривате аминокиселина.

Хумане материје у чијем саставу су хуминске киселине дистрибуирају се у тлима, природним водама и седиментима, јер су резултат распадања биљног, животињског и природног отпада.

Органски материјал који ће се претворити у супстанце попут хуминских киселина. Аутор: Писауикан. Извор: Пикабаи.

Хуминске киселине су дио хумуса и имају способност побољшања раста и исхране биљака, јер омогућују дуже задржавање хранљивих састојака у тлу, тако да буду доступне биљкама.

Они су амфифилна једињења, то јест, имају делове који су повезани са водом и делове који одбацују воду, а све унутар истог молекула.

Због група –ОХ и –ЦООХ могу формирати комплексе са металним јонима или катионима.

Захваљујући угљоводоничним ланцима или ароматским деловима, они могу да се солубилизују и закључају у себе полицикличке ароматске молекуле који су токсични. Поред тога, имају потенцијалну примену у медицини рака и у припреми ефикаснијих лекова.

Структура

Хуминске киселине садрже различите функционалне групе чија количина зависи од географског порекла хуминске киселине, старости, животне средине и биолошких услова и климе у којој је произведен молекул. Из тог разлога, његова прецизна карактеризација је постала тешка.

Његове главне функционалне групе су фенолна, карбоксилна, енонска, хинонска, етерска, шећера и пептиди.

Функционалне групе које му дају главне карактеристике су фенолне, карбоксилне и хинонске групе.

Сјајну структуру хуминске киселине чине хидрофилни делови формирани од -ОХ група и хидрофобни делови који се састоје од алифатских ланаца и ароматичних прстенова.

Пример молекула хумске киселине, где се могу применити фенолне -ОХ групе, -ЦООХ, хинон, остаци шећера и пептиди (-НХ). Иикразуул. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Номенклатура

- Хуминске киселине.

- ХА или ХАс (хумске киселине).

Својства

Физичко стање

Аморфне чврсте супстанце.

Молекуларна тежина

Њихове молекуларне тежине се крећу од 2,0 до 1300 кДа.

Један Да или Далтон вриједи 1,66 к 10 ^-24 грама.

Растворљивост

Хуминске киселине су део хуманих материја растворљивих у алкалном воденом медијуму. Делимично су растворљиви у води. Нерастворљив у киселој средини.

Његово растварање у води је сложено, јер хуминске киселине нису појединачна компонента, већ је мешавина компонената, где су само неке од њих растворљиве у води.

Његова растворљивост може да варира у зависности од састава, пХ и јонске снаге растварача.

Хемијска и биолошка својства

Молекули хумане киселине углавном имају хидрофилни, или водени део, и хидрофобни део, који одбија воду. Зато се каже да су амфифилни.

Због своје амфифилне природе, хумусне киселине формирају, у неутралном или киселом медијуму, структуре сличне онима мицела, које се називају псеудо-мицели.

То су слабе киселине, што је узроковано фенолним и карбоксилним групама.

Скупине типа кинона одговорне су за стварање реактивних врста кисеоника, јер су редуковане на полухиноне, а затим и на хидрохиноне, који су врло стабилни.

Присуство фенолних и карбоксилних група у молекулама хумске киселине даје им могућност да побољшају раст и исхрану биљака. Такве групе такође могу промовисати комплексацију са тешким металима. Они такође објашњавају његово антивирусно и противупално деловање.

С друге стране, присуство хинонских, фенолних и карбоксилних група повезано је са њиховим антиоксидацијским, фунгицидним, бактерицидним и антимутагеним или демутагеним способностима.

Понашање у воденом медијуму према пХ

У алкалном медијуму, карбоксилне и фенолне групе трпе губитак Х ⁺ протона , што молекул оставља негативно набијене у свакој од ових група.

Због тога се негативни набоји одбијају и молекул се протеже.

Како се пХ смањује, фенолне и карбоксилне групе се поново протонирају и ефекти одбијања престају, узрокујући да молекул поприми компактну структуру, сличну оној мицела.

У овом случају, хидрофобни делови се покушавају лоцирати унутар молекула, а хидрофилни делови су у контакту са воденим медијумом. Кажу се да су ове структуре псеудо-мицеле.

Због таквог понашања, наводи се да хуминске киселине имају својства детерџента.

Даље, они формирају интрамолекуларне агрегате (унутар сопственог молекула), праћене интермолекуларном агрегацијом (између различитих молекула) и таложењем.

Солубилизација великих неполарних молекула

Хуминске киселине могу растворити полицикличке ароматичне угљоводонике који су токсични и канцерогени и релативно нерастворљиви у води.

Ови угљоводоници се солубилизују у хидрофобном срцу псеудо-мицела хуминских киселина.

Сложена формација са металним катионима

Хуминске киселине ступају у интеракцију са јонима метала у алкалном окружењу где катиони или позитивни јони делују тако да неутралишу негативне набоје молекула хумске киселине.

Што је већи набој катиона, већа је и његова ефикасност у стварању псеудо-мицела. Катиони су смештени на термодинамички преферираним местима у структури.

Овим процесом настају метални комплекси хумусне киселине и метала који добијају сферни облик.

Ова интеракција зависи од метала и порекла, молекулске тежине и концентрације хуминске киселине.

Прибављање

Хумилне киселине могу се добити из органских материја у тлу. Међутим, структуре различитих молекула хумске киселине варирају у зависности од локације тла, његове старости и климатских услова.

Постоји неколико метода добијања. Један од њих је описан у наставку.

Тло се третира воденим раствором 0,5 Н НаОХ (0,5 еквивалента по литри) у атмосфери азота током 24 сата на собној температури. Целота је филтрирана.

Алкални екстракт је закисељен са 2Н ХЦл до пХ 2 и остављен је да стоји 24 сата на собној температури. Коагулирани материјал (хуминске киселине) се одваја од супернатанта центрифугирањем.

Апликације

- У пољопривреди

Употреба хуминских киселина у пољопривреди позната је практично од почетка пољопривредне активности, јер су они део хумуса.

Тло богато хумусом, дакле богато хумусним киселинама, погодно за узгој биљака. Аутор: Маркус Баумелер. Извор: Пикабаи.

Хуминске киселине побољшавају раст и исхрану биљака. Такође делују као бактерициди тла и фунгициди, штитећи биљке. Хуминске киселине инхибирају фитопатогене гљивице и неке њихове функционалне групе су у корелацији са овом активношћу.

Биљка заражена гљивом Алтернариа солани која се може борити са хуминским киселинама. АфроБразилиан. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Присуство сумпорних (С) и Ц = О карбонилних група у молекули хуминске киселине погодује фунгистатичкој активности. Супротно томе, висок садржај кисеоника, ароматичне ЦО групе и одређени атоми угљеника који припадају шећерима инхибирају фунгистатску силу хуминске киселине.

Недавно (2019.) проучаван је утицај примене душичних ђубрива са спорим ослобађањем на стабилизацију хуминских киселина присутних у земљишту и њихов утицај на усеве.

Утврђено је да сечнина обложена биокарбоном побољшава структуру и стабилност хуминских киселина присутних у земљи, фаворизујући задржавање азота и угљеника у земљи и побољшавајући принос усева.

- У санацији загађења

Због његове способности да формира псеудо-мицеле у неутралном или киселинском медију, њена употреба у уклањању загађивача из отпадних вода и тла истражује се дуги низ година.

Метали су један од загађивача који се могу уклонити хуминским киселинама.

Нека истраживања показују да ефикасност сорпције метала хуминске киселине у воденом раствору расте са повећањем пХ и концентрације хуминске киселине и са смањењем концентрације метала.

Такође је утврђено да се јони метала такмиче за активна места молекуле хумске киселине, а то су углавном фенолне –ЦООХ и –ОХ групе у њему.

- У фармацеутској индустрији

Доказано је да је корисно у повећању растворљивости у води хидрофобних лекова.

Припремљене су сребрне (Аг) наночестице пресвучене хуминским киселинама, које су успеле да остану стабилне најмање годину дана.

Ови наночестице сребра и хуминске киселине, заједно са њиховим антибактеријским својствима, имају високи потенцијал за припрему лекова.

Исто тако, комплекси карбамазепина, антиепилептичког лека, са хуминским киселинама су покушани да повећају његову растворљивост, а испоставило се да лек постаје много растворљивији и ефикаснији.

Исти ефекат побољшања растворљивости и биорасположивости постигнут је с комплексима хуминских киселина и β-каротена, прекурсора витамина А.

- У медицини

Хуминске киселине су снажни савезници у лечењу различитих болести.

Против неких вируса

Запажено је антивирусно деловање хуманих киселина против цитомегаловируса и вируса хумане имунодефицијенције ХИВ-1 и ХИВ-2.

Молекули хумане киселине могу инхибирати репликацију вируса везањем свог негативног набоја у алкалном медијуму на одређена катионска места вируса, која су неопходна да би се вирус везао на ћелијску површину.

Против рака

Откривено је да хумане киселине показују канцерогене лековите особине. То се приписује присуству хинона у његовој структури.

Структура хинона, групе присутне у молекулама неких хуминских киселина. Аутор: Марилу Стеа.

Кинони стварају реактивне врсте кисеоника који производе оксидативни стрес и изазивају апоптозу ћелија карцинома фрагментацијом њихове ДНК.

Против мутагенезе

Хуминске киселине су инхибитори мутагенезе унутар и изван ћелије. Мутагенеза је стабилна промена генетског материјала ћелије која се може пренијети на ћерке.

Откривено је да способност инхибирања мутагенезе варира у односу на састав хуминских киселина и њихову концентрацију.

С друге стране, они делују десмутагено на мутагене супстанце попут бензопирена (полиароматски угљоводоници присутан у неким намирницама), 2-нитрофлуорена (полиароматски угљоводонични производ сагоревања) и 2-аминоантрацена.

Мутагени утицај бензопирена на ДНК. Аутор Рицхард Вхеелер (Зепхирис) 2007. Структура раствора отвореног (10С) -дА адукта од +) - (7С, 8Р, 9С, 10Р) -7,8-дихидрокси-9,10-епокси-7,8 , 9,10-тетрахидробензопирен у дуплексној ДНК. Произведено од {{ПДБ-1ЈДГ}}. == Лиценцирање == {{ГФДЛ-. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Механизам овог ефекта лежи у адсорпцији мутагена, за коју су хумусне киселине са већом структуром најефикасније. Мутаген се адсорбује хумусном киселином и губи своју мутагену активност.

Верује се да би ово могло бити важно за заштиту од канцерогенезе.

- У козметичкој индустрији

Због своје способности да апсорбују УВ и видљиве зраке, хуминске киселине су предложене за употребу у блокаторима сунца, кремама против старења и производима за негу коже.

Такође се могу користити као конзерванси у козметичким производима.

- У прехрамбеној индустрији

Због својих антиоксидативних својстава, предлаже се његова употреба као конзерванси хране и као додаци исхрани.

Референце

1. Гомес де Мело, БА и др. (2016). Хуминске киселине: Структурална својства и вишеструке функционалности за нова технолошка достигнућа. Сциенце Сциенце анд Енгинееринг Ц 62 (2016) 967-974. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
2. Веи, С. ет ал. (2018). Фунгистатичка активност мултиоригинских хуманих киселина у односу на њихову хемијску структуру. Часопис за пољопривредну и прехрамбену хемију 2018, 66, 28, 7514-7521. Опоравак од пубс.ацс.орг.
3. Керндорфф, Х. и Сцхнитзер, М. (1980). Сорпција метала на хумусној киселини. Геоцхимица ет Цосмоцхимица Ацта Вол 44, стр. 1701-1708. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
4. Сато, Т. и др. (1987). Механизам десмутагеног дејства хуминске киселине. Мутатион Ресеарцх, 176 (1987), 199-204. Опоравак од сциенцедирецт.цом.
5. Цхенг, М.-Л. ет ал. (2003). Хумицна киселина индукује оксидативно оштећење ДНК, успоравање раста и апоптозу у људским примарним фибробластима. Екп Биол Мед (Маивоод) 2003 апр; 228 (4): 413-23. Опоравак од нцби.нлм.них.гов.
6. Ли, М. и др. (2019). Секвестрација органског угљеника у хумусним тварима у тлу под утицајем примене различитих азотних ђубрива у систему усева с ротацијским поврћем. Часопис за пољопривредну и прехрамбену хемију, 2019, 67, 11, 3106-3113. Опоравак од пубс.ацс.орг.