HUMINSAV: SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, ELŐÁLLÍTÁS, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A huminsav a humin anyagok részét képező szerves vegyületek családjának általános neve. Különböző funkcionális csoportokkal rendelkeznek, ideértve a karbonsavakat, fenolokat, cukorszerű gyűrűket, kinonokat és aminosavszármazékokat.

A humuszanyagok, amelyek részét képezik a huminsavak, eloszlanak a talajban, a természetes vizekben és az üledékekben, mivel ezek növényi, állati és természetes hulladékok bomlásának eredményei.

Szerves anyag, amely olyan anyagokká alakul, mint huminsavak. Szerző: Pisauikan. Forrás: Pixabay.

A huminsavak a humusz részét képezik, és javítják a növények növekedését és táplálkozását, mivel lehetővé teszik a tápanyagok hosszabb ideig tartását a talajban, így a növények számára elérhetőek.

Ezek amfifil vegyületek, vagyis vannak olyan részei, amelyek rokonak a vízzel, és olyan részek, amelyek elutasítják a vizet, mindegyik ugyanazon a molekulán belül.

–OH és –COOH csoportjuknak köszönhetően komplexeket képezhetnek fémionokkal vagy kationokkal.

Szénhidrogénláncoknak vagy aromás részeknek köszönhetően szolubilizálódhatnak és magukba zárhatják a mérgező policiklusos aromás molekulákat. Ezen felül potenciálisan felhasználhatók rákgyógyászatban és hatékonyabb gyógyszerkészítmények előállításában.

Szerkezet

A huminsavak különféle funkcionális csoportokat tartalmaznak, amelyek mennyisége a huminsav földrajzi eredetétől, korától, környezeti és biológiai körülményeitől, valamint a molekula előállításának éghajlatától függ. Ezért nehéz pontosan meghatározni.

Fő funkcionális csoportjai a fenolos, karbonsavak, enolok, kinonok, éterek, cukrok és peptidek.

A funkcionális csoportok, amelyek fő jellemzőit adják, a fenol-, karbonsav- és kinoncsoportok.

A huminsav nagy szerkezete -OH csoportok által alkotott hidrofil részekből és alifás láncokból és aromás gyűrűkből álló hidrofób részekből áll.

Példa egy huminsav molekulara, ahol megfigyelhetők a fenolos -OH csoportok, -COOH, kinon, cukormaradékok és peptidek (-NH). Yikrazuul. Forrás: Wikimedia Commons.

Elnevezéstan

- Huminsavak.

- HA vagy HA (huminsavak).

Tulajdonságok

Fizikai állapot

Amorf szilárd anyagok.

Molekuláris tömeg

Molekulatömegük 2,0 és 1300 kDa között van.

Egy Da vagy Dalton értéke 1,66 x ^10–24 gramm.

Oldhatóság

A huminsavak a humin anyagok azon frakciója, amely oldódik lúgos vizes közegben. Részben vízben oldódnak. Savas közegben nem oldódik.

Oldódása vízben bonyolult, mivel a huminsavak nem különálló alkotóelemek, hanem összetevők keveréke, ahol ezeknek csak egy része oldódik vízben.

Oldékonysága összetételétől, pH-jától és az oldószer ionerősségétől függően változhat.

Kémiai és biológiai tulajdonságok

A huminsav-molekulák általában hidrofil vagy vízzel rokon részből és hidrofób részből állnak, amelyek visszatartják a vizet. Ezért mondják amfifilnek.

Amfifil jellegük miatt a humin savak semleges vagy savas közegben a micellákhoz hasonló szerkezeteket alkotnak, az úgynevezett ál-micellákat.

Gyenge savak, amelyeket fenolos és karbonsavak okoznak.

A kinon típusú csoportok felelősek a reaktív oxigénatomok képződéséért, mivel ezek félkinonokká, majd hidrokinonokká redukálódnak, amelyek nagyon stabilak.

A huminsav molekulákban a fenol- és karbonsavcsoportok jelenléte képessé teszi számukra a növények növekedésének és táplálkozásának javítását. Az ilyen csoportok elősegíthetik a nehézfémekkel történő komplexképződést. Elmagyarázzák annak vírusellenes és gyulladáscsökkentő hatását is.

Másrészről, a kinon-, fenol- és karbonsav-csoportok jelenléte függ antioxidáns, fungicid, baktericid és antimutagén vagy demogén hatású képességüktől.

Viselkedés vizes közegben a pH-érték szerint

Egy lúgos közegben a karboxil- és fenolcsoportok H ⁺ protonok veszteségét szenvedik, ami a molekula negatív töltöttséggel jár ezen csoportok mindegyikében.

Ennek következtében a negatív töltések visszaszorulnak, és a molekula nyújtódik.

A pH csökkenésével a fenol- és karboxilcsoportok ismét protonálódnak és a repuláló hatások megszűnnek, aminek következtében a molekula kompakt szerkezetűvé válik, hasonlóan a micellákhoz.

Ebben az esetben a hidrofób részeket megpróbálják megtalálni a molekula belsejében, és a hidrofil részek érintkezésbe kerülnek a vizes közeggel. Ezeket a szerkezeteket álszeres micelláknak mondják.

Ennek a viselkedésnek köszönhetően kijelenti, hogy a huminsavak mosóképességgel bírnak.

Ezenkívül intramolekuláris aggregátumokat képeznek (a saját molekulájukon belül), amelyeket intermolekuláris aggregáció (különféle molekulák között) és kicsapás követ.

Nagy, nem poláros molekulák szolubilizálása

A huminsavak oldhatják a policiklusos aromás szénhidrogéneket, amelyek mérgezőek és karcinogének, és vízben viszonylag oldhatatlanok.

Ezeket a szénhidrogéneket a huminsavak ál-micelláinak hidrofób szívében oldják.

Komplex képződmény fémkationokkal

A huminsavak lúgos környezetben kölcsönhatásba lépnek a fémionokkal, ahol a kationok vagy a pozitív ionok semlegesítik a huminsav molekula negatív töltéseit.

Minél nagyobb a kation töltése, annál hatékonyabb az ál-micellák képződése. A kationok a szerkezet termodinamikailag előnyös helyein vannak elhelyezve.

Ez a folyamat huminsav-fém komplexeket hoz létre, amelyek gömb alakúak.

Ez a kölcsönhatás a fémetől, valamint a huminsav eredetétől, molekulatömegétől és koncentrációjától függ.

beszerzése

A huminsavak a talajban található szerves anyagokból nyerhetők ki. A különféle huminsav-molekulák szerkezete azonban a talaj helyétől, korától és éghajlati körülményeitől függ.

A beszerzésnek számos módja van. Az egyiket alább ismertetjük.

A talajt nitrogénatmoszférában szobahőmérsékleten nitrogéngáz atmoszférában kezeljük 0,5 N NaOH (liter 0,5 ekvivalens / liter) vizes oldatával. Az egészet kiszűrjük.

Az lúgos extraktumot 2N sósavval pH = 2-ig megsavanyítjuk, és szobahőmérsékleten 24 órán át állni hagyjuk. A koagulált anyagot (huminsavakat) centrifugálással választják el a felülúszótól.

Alkalmazások

- A mezőgazdaságban

A huminsavak felhasználása a mezőgazdaságban gyakorlatilag ismert a mezőgazdasági tevékenység kezdete óta, mivel ezek a humusz részei.

Humuszban gazdag, ezért huminsavakban gazdag talaj, amely jó a növények termesztéséhez. Szerző: Markus Baumeler. Forrás: Pixabay.

A huminsavak javítják a növények növekedését és táplálkozását. Talajbaktérium- és gombaölő szerekként is szolgálnak, védik a növényeket. A huminsavak gátolják a fitopatogén gombákat, és néhány funkcionális csoportjuk korrelálódott ezzel az aktivitással.

Az Alternaria solani gomba által fertőzött növény, amely huminsavakkal harcolható. AfroBrazilian. Forrás: Wikimedia Commons.

A kén (S) és C = O karbonilcsoportok jelenléte a huminsav molekulában elősegíti a fungisztatikus aktivitást. Éppen ellenkezőleg, a magas oxigéntartalom, aromás CO-csoportok és a cukrokhoz tartozó bizonyos szénatomok gátolják a huminsav fungisztatikus erejét.

Nemrégiben (2019) tanulmányozták a lassan felszabaduló nitrogénműtrágyák alkalmazásának a talajban lévő huminsavak stabilizálásában játszott hatását és ezek növényekre gyakorolt ​​hatását.

Megállapítást nyert, hogy a biokarbonnal bevont karbamid javítja a talajban található huminsavak szerkezetét és stabilitását, elősegítve a nitrogén és a szén talajban való visszatartását, és javítva a növények termését.

- A szennyezés helyrehozása érdekében

Mivel képes ál-micellákat képezni semleges vagy savas közegben, évek óta kutatják hasznosságát szennyező anyagok eltávolításában a szennyvízből és a talajból.

A fémek az egyik szennyező anyag, amelyet huminsavakkal lehet eltávolítani.

Egyes tanulmányok azt mutatják, hogy a huminsavak fémszorpciós hatékonysága vizes oldatban növekszik a pH és a huminsav koncentráció növekedésével, valamint a fémkoncentráció csökkenésével.

Megállapítottuk azt is, hogy a fémionok versenyeznek a huminsav molekula aktív helyeiért, amelyek általában a benne lévő fenolos –COOH és –OH csoportok.

- A gyógyszeriparban

Hasznosnak bizonyult a hidrofób gyógyszerek vízoldhatóságának növelésében.

Készítettünk huminsavakkal bevont ezüst (Ag) nanorészecskéket, amelyek legalább egy évig stabilak maradtak.

Ezeknek az ezüst és huminsav nanorészecskéknek, az utóbbi antibakteriális tulajdonságaival együtt, nagy a lehetősége a gyógyszerek előállítására.

Hasonlóképpen, a karbamazepin, egy epilepszia elleni gyógyszer huminsavakkal alkotott komplexeit is megpróbálták fokozni oldhatóságát, és kiderült, hogy a gyógyszer sokkal oldhatóbbá és hatékonyabbá válik.

Az oldhatóság és a biológiai hozzáférhetőség javításának ugyanaz a hatása volt a huminsavak komplexeivel és a β-karotinnal, amely az A-vitamin prekurzora.

- Orvostudományban

A huminsavak erős szövetségesek különböző betegségek kezelésében.

Néhány vírus ellen

A huminsavak antivirális aktivitását megfigyelték többek között a citomegalovírus és a HIV-1 és HIV-2 immunhiányos vírusok ellen.

A huminsav molekulák gátolhatják a vírus replikációját azáltal, hogy lúgos közegben lévő negatív töltésüket a vírus bizonyos kationos helyeihez kötik, amelyek szükségesek ahhoz, hogy a vírus a sejt felületéhez kösse.

A rák ellen

A huminsavakról rákkeltő sérülést gyógyító tulajdonságokat találtak. Ennek tulajdonítható a kinonok jelenléte a szerkezetében.

Kinon szerkezete, egy csoport egyes huminsavak molekuláiban. Szerző: Marilú Stea.

A kinonok reaktív oxigénfajokat generálnak, amelyek oxidatív stresszt termelnek és DNS-fragmenseik révén a rákos sejtek apoptózisát indukálják.

A mutagenezis ellen

A huminsavak gátolják a mutagenezist a sejtben és azon kívül is. A mutagenezis a sejtek genetikai anyagának stabil megváltozása, amely átvihető a lánysejtekbe.

A mutagenezis gátlásának képességét megállapították, hogy a huminsavak összetételétől és koncentrációjától függően változik.

Másrészről desmutagén hatást gyakorolnak olyan mutagén anyagokra, mint például a benzopirol (egyes élelmiszerekben található poliaromás szénhidrogén), a 2-nitrofluorén (égés során poliaromás aromás szénhidrogéntermék) és a 2-amino-antracén.

A benzopirol mutagén hatása a DNS-re. Richard Wheeler (Zephyris), 2007. Egy +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihidroxi-9,10-epoxi-7,8 transz-nyitott (10S) -dA-addukt oldatának szerkezete, 9,10-tetrahidrobenzopirol egy duplex DNS-ben. Előállítva: {{PDB-1JDG}}. == Engedélyezés == {{GFDL-. Forrás: Wikimedia Commons.

Ennek a hatásnak a mechanizmusa a mutagén adszorpciójában rejlik, amelyre a nagyobb szerkezetű huminsavak a leghatékonyabbak. A mutagént a huminsav adszorbeálja, és elveszíti mutagén aktivitását.

Úgy gondolják, hogy ez fontos lehet a karcinogenezis ellen.

- A kozmetikai iparban

Mivel képesek felszívni az UV és a látható sugarakat, huminsavakat javasoltak alkalmazni napvédő blokkolókban, öregedésgátló krémekben és bőrápolási termékekben.

Használhatók tartósítószerként a kozmetikai termékekben is.

- Az élelmiszeriparban

Antioxidáns tulajdonságai miatt javasolt élelmiszer-tartósítószerként és táplálékkiegészítőként való felhasználása.

Irodalom

1. Gomes de Melo, BA et al. (2016). Huminsavak: Szerkezeti tulajdonságok és többfunkciók az új technológiai fejlesztésekhez. Anyagtudomány és Műszaki C 62 (2016) 967-974. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
2. Wei, S. és mtsai. (2018). A multiorigin huminsavak fungisztatikus aktivitása kémiai szerkezetükhöz viszonyítva. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2018, 66, 28, 7514-7521. Helyreállítva a pubs.acs.org webhelyről.
3. Kerndorff, H. és Schnitzer, M. (1980). Fémek szorpciója huminsavval. Geochimica és Cosmochimica Acta, Vol. 44, 1701-1708. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
4. Sato, T. et al. (1987). A huminsav dezmutagén hatásának mechanizmusa. Mutation Research, 176 (1987) 199-204. Helyreállítva a sciencedirect.com webhelyről.
5. Cheng, M.-L. et al. (2003). A huminsav oxidatív DNS-károsodást, növekedési retardációt és apoptózist indukál az emberi primer fibroblasztokban. Exp Biol Med (Maywood) 2003. április; 228 (4): 413-23. Helyreállítva az ncbi.nlm.nih.gov webhelyről.
6. Li, M. et al. (2019). Szerves szén-dioxid megkötése a talaj humin anyagokban, különféle nitrogén-műtrágyák alkalmazásával befolyásolva növényi rotációs növénytermesztési rendszerben. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67, 11, 3106-3113. Helyreállítva a pubs.acs.org webhelyről.