HUMANSYRA: STRUKTUR, EGENSKAPER, PRODUKTION, ANVÄNDNING - KEMI - 2025

Huminsyra är det generiska namnet på en familj av organiska föreningar som är en del av humiska ämnen. De har olika funktionella grupper, inklusive karboxyl-, fenol-, sockerliknande ringar, kinoner och aminosyraderivat.

Humiska ämnen, av vilka huminsyror ingår, fördelas i jordar, naturliga vatten och sediment, eftersom de är resultatet av nedbrytningen av växt-, djur- och naturavfall.

Organiskt material som kommer att förvandlas till ämnen som humussyror. Författare: Pisauikan. Källa: Pixabay.

Humansyror är en del av humus och har förmågan att förbättra växtens tillväxt och näring, eftersom de tillåter att näringsämnen hålls kvar längre i jorden så att de är tillgängliga för växter.

Det är amfifila föreningar, det vill säga de har delar som är relaterade till vatten och delar som avvisar vatten, allt inom samma molekyl.

På grund av deras –OH- ​​och –COOH-grupper kan de bilda komplex med metalljoner eller katjoner.

Tack vare kolvätekedjorna eller aromatiska delarna kan de lösa upp och låsa in sig polykykliska aromatiska molekyler som är giftiga. Dessutom har de potentiell användning i cancermedicin och i beredningen av effektivare läkemedel.

Strukturera

Humansyror innehåller olika funktionella grupper, av vilka mängder beror på det geografiska ursprunget för huminsyran, ålder, miljömässiga och biologiska förhållanden och klimatet i vilket molekylen producerades. Av denna anledning har dess exakta karaktärisering blivit svårt.

Dess huvudsakliga funktionella grupper är fenol-, karboxyl-, enol-, kinon-, eter-, socker- och peptider.

De funktionella grupperna som ger den dess huvudsakliga egenskaper är fenol-, karboxyl- och kinongrupper.

Den stora strukturen hos en huminsyra består av hydrofila delar bildade av -OH-grupper och hydrofoba delar som består av alifatiska kedjor och aromatiska ringar.

Exempel på en huminsyramolekyl, där fenol -OH-grupperna, -COOH, kinon, sockerrester och peptider (-NH) kan observeras. Yikrazuul. Källa: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

- Humansyror.

- HA eller HAs (Humic Acids).

Egenskaper

Fysiskt tillstånd

Amorfa fasta ämnen.

Molekylvikt

Deras molekylvikter sträcker sig från 2,0 till 1300 kDa.

En Da eller Dalton är värd 1,66 x ^10-24 gram.

löslighet

Humansyror är den fraktion av humiska substanser som är löslig i alkaliskt vattenhaltigt medium. De är delvis lösliga i vatten. Olöslig i surt medium.

Dess upplösning i vatten är komplex eftersom huminsyror inte är en enskild komponent utan en blandning av komponenter, där bara några av dem är lösliga i vatten.

Lösligheten kan variera beroende på dess sammansättning, pH och lösningsmedlets jonstyrka.

Kemiska och biologiska egenskaper

Humansyramolekyler har i allmänhet en hydrofil eller vattenrelaterad del och en hydrofob del som avvisar vatten. Det är därför de sägs vara amfifiliska.

På grund av deras amfifila natur bildar huminsyror, i ett neutralt eller surt medium, strukturer som liknar de hos miceller, kallade pseudo-miceller.

De är svaga syror, vilket orsakas av fenol- och karboxylgrupper.

Grupperna av kinontyp är ansvariga för bildandet av reaktiva syrearter, eftersom de reduceras till halvkinoner och sedan till hydrokinoner, som är mycket stabila.

Närvaron av fenol- och karboxylgrupper i huminsyramolekyler ger dem förmågan att förbättra växttillväxt och näring. Sådana grupper kan också främja komplexation med tungmetaller. Och de förklarar dess antivirala och antiinflammatoriska aktivitet.

Å andra sidan är närvaron av kinon-, fenol- och karboxylgrupper relaterade till deras antioxidant, fungicida, bakteriedödande och antimutagena eller demutagena kapacitet.

Beteende i vattenhaltigt medium enligt pH

I ett alkaliskt medium lider karboxyl- och fenolgrupperna förlust av H ⁺ -protoner , vilket lämnar molekylen negativt laddad i var och en av dessa grupper.

På grund av detta avvisas negativa laddningar och molekylen sträcker sig.

När pH sjunker protoneras de fenoliska och karboxylgrupperna igen och avvisningseffekterna upphör, vilket får molekylen att anta en kompakt struktur, liknande den hos miceller.

I detta fall försöks de hydrofoba delarna lokalisera inuti molekylen och de hydrofila delarna är i kontakt med det vattenhaltiga mediet. Dessa strukturer sägs vara pseudo-miceller.

På grund av detta beteende anges att huminsyror har avskräckande egenskaper.

Vidare bildar de intramolekylära aggregat (inom sin egen molekyl), följt av intermolekylär aggregering (mellan olika molekyler) och utfällning.

Solubilisering av stora icke-polära molekyler

Humorsyror kan solubilisera polycykliska aromatiska kolväten som är giftiga och cancerframkallande och är relativt olösliga i vatten.

Dessa kolväten solubiliseras i det hydrofoba hjärtat i pseudomicellerna av huminsyror.

Komplexbildning med metallkationer

Humansyror interagerar med metalljoner i en alkalisk miljö där katjoner eller positiva joner verkar för att neutralisera de negativa laddningarna av huminsyramolekylen.

Ju högre laddning katjonen är, desto större är dess effektivitet vid bildning av pseudomiceller. Katjonerna är belägna på termodynamiskt föredragna platser i strukturen.

Denna process genererar huminsyra-metallkomplex som får en sfärisk form.

Denna interaktion beror på metallen och humorsyrans ursprung, molekylvikt och koncentration.

Erhållande

Humansyror kan erhållas från organiskt material i jorden. Strukturerna för de olika huminsyramolekylerna varierar dock beroende på markens placering, dess ålder och klimatförhållanden.

Det finns flera metoder att få. En av dessa beskrivs nedan.

Jorden behandlas med en vattenlösning av 0,5 N NaOH (0,5 ekvivalenter per liter) under kväveatmosfär under 24 timmar vid rumstemperatur. Hela filtreras.

Det alkaliska extraktet surgörs med 2N HCl till pH 2 och får stå i 24 timmar vid rumstemperatur. Det koagulerade materialet (huminsyror) separeras från supernatanten genom centrifugering.

tillämpningar

- Inom jordbruket

Användningen av huminsyror i jordbruket har varit känd praktiskt taget sedan jordbruksaktiviteten började eftersom de är en del av humus.

Jordrik rik på humus, därför rik på humussyror, bra för växande växter. Författare: Markus Baumeler. Källa: Pixabay.

Humansyror förbättrar växternas tillväxt och näring. De fungerar också som jordbaktericider och fungicider och skyddar växter. Humansyror hämmar fytopatogena svampar och några av deras funktionella grupper har korrelerats med denna aktivitet.

Växt infekterad av svampen Alternaria solani som kan bekämpas med huminsyror. AfroBrazilian. Källa: Wikimedia Commons.

Närvaron av svavel (S) och C = O karbonylgrupper i huminsyramolekylen gynnar fungistatisk aktivitet. Tvärtom, ett högt syreinnehåll, aromatiska CO-grupper och vissa kolatomer som tillhör socker hämmar den fungistiska kraften hos huminsyra.

Nyligen (2019) har effekten av applicering av kvävegödsel med långsam frisättning för stabilisering av huminsyror som finns i jord och deras inflytande på grödor studerats.

Det visade sig att den biokarbonbelagda karbamid förbättrar strukturen och stabiliteten hos huminsyror som finns i jorden, vilket gynnar behållningen av kväve och kol i jorden och förbättrar utbytet av grödor.

- För att åtgärda föroreningar

På grund av dess förmåga att bilda pseudomiceller i ett neutralt eller surt medium har dess användbarhet i avlägsnandet av föroreningar från avloppsvatten och marken undersökts under många år.

Metaller är ett av de föroreningar som kan avlägsnas med huminsyror.

Vissa studier visar att metallsorptionseffektiviteten hos huminsyror i vattenlösning tenderar att öka med ökande pH och huminsyrakoncentration och med minskande metallkoncentration.

Det fastställdes också att metalljoner tävlar om de aktiva platserna för huminsyramolekylen, som i allmänhet är de fenoliska –COOH- och –OH-grupperna i den.

- Inom läkemedelsindustrin

Det har visat sig vara användbart för att öka vattenlösligheten hos hydrofoba läkemedel.

Silver (Ag) nanopartiklar belagda med huminsyror framställdes, vilket lyckades förbli stabilt under minst ett år.

Dessa nanopartiklar av silver och huminsyra, tillsammans med de sistnämnda antibakteriella egenskaperna, har en hög potential för framställning av läkemedel.

På samma sätt har komplex av karbamazepin, ett antiepileptiskt läkemedel, med huminsyror försökt öka dess löslighet, och det har visat sig att läkemedlet blir mycket mer lösligt och effektivt.

Samma effekt av förbättrad löslighet och biotillgänglighet uppnåddes med komplex av huminsyror och ß-karoten, en föregångare för vitamin A.

- Inom medicin

Humansyror är starka allierade vid behandling av olika sjukdomar.

Mot vissa virus

Antiviral aktivitet av huminsyror har observerats mot cytomegalovirus och humana immunbristvirus HIV-1 och HIV-2, bland andra.

Huminsyramolekyler kan hämma virusreplikation genom att binda deras negativa laddning i alkaliska media till vissa katjoniska platser på viruset, vilket är nödvändigt för att viruset binder till cellytan.

Mot cancer

Humorsyror har visat sig ha karcinogena läkemedelsläkande egenskaper. Detta tillskrivs närvaron av kinoner i dess struktur.

Struktur av en kinon, en grupp som finns i molekylerna i vissa huminsyror. Författare: Marilú Stea.

Kinoner genererar reaktiva syrearter som producerar oxidativ stress och inducerar apoptos av cancerceller genom fragmenteringen av deras DNA.

Mot mutagenes

Humorsyror är hämmare av mutagenes i och utanför cellen. Mutagenes är den stabila förändringen av det genetiska materialet i en cell som kan överföras till dotterceller.

Förmågan att hämma mutagenes har visat sig variera med sammansättningen av huminsyror och deras koncentration.

Å andra sidan utövar de en desmutagen effekt på mutagena substanser såsom bensopyren (polyaromatiskt kolväte som finns i vissa livsmedel), 2-nitrofluoren (polyaromatisk kolväteprodukt förbränning) och 2-aminoantracen.

Mutagen effekt av bensopyren på DNA. Av Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Lösningsstruktur för en transöppnad (10S) -dA-addukt av +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihydroxy-9,10-epoxy-7,8 9,10-tetrahydrobensopyren i ett duplex-DNA. Tillverkad från {{PDB-1JDG}}. == Licensiering == {{GFDL-. Källa: Wikimedia Commons.

Mekanismen för denna effekt ligger i adsorptionen av mutagen, för vilken huminsyror med större strukturer är de mest effektiva. Mutagen adsorberas av huminsyra och förlorar sin mutagena aktivitet.

Det antas att detta kan vara viktigt för skydd mot karcinogenes.

- I kosmetikindustrin

På grund av deras förmåga att absorbera UV och synliga strålar har humussyror föreslagits för användning i solblockerare, anti-aging-krämer och hudvårdsprodukter.

De kan också användas som konserveringsmedel i kosmetiska produkter.

- I livsmedelsindustrin

På grund av dess antioxidantegenskaper har dess användning som livsmedelskonserveringsmedel och som kosttillskott föreslagits.

referenser

1. Gomes de Melo, BA et al. (2016). Humorsyror: Strukturella egenskaper och flera funktioner för ny teknisk utveckling. Materialvetenskap och teknik C 62 (2016) 967-974. Återställs från sciencedirect.com.
2. Wei, S. et al. (2018). Fungistatisk aktivitet av humorsyror med flera ursprung i förhållande till deras kemiska struktur. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2018, 66, 28, 7514-7521. Återställs från pubs.acs.org.
3. Kerndorff, H. och Schnitzer, M. (1980). Sorption av metaller på huminsyra. Geochimica et Cosmochimica Acta Vol 44, s. 1701-1708. Återställs från sciencedirect.com.
4. Sato, T. et al. (1987). Mekanism för den desmutagena effekten av huminsyra. Mutation Research, 176 (1987) 199-204. Återställs från sciencedirect.com.
5. Cheng, M.-L. et al. (2003). Humansyra inducerar oxidativ DNA-skada, tillväxtfördröjning och apoptos i humana primära fibroblaster. Exp Biol Med (Maywood) 2003 apr; 228 (4): 413-23. Återställs från ncbi.nlm.nih.gov.
6. Li, M. et al. (2019). Organisk kolbindning i humiska ämnen i marken påverkas av applicering av olika kvävegödselmedel i ett grödlingssystem för grönsaksrotation. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67, 11, 3106-3113. Återställs från pubs.acs.org.