HUMIINIHAPPO: RAKENNE, OMINAISUUDET, TUOTANTO, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026

Humiinihappo on orgaanisten yhdisteiden perheen yleinen nimi, joka on osa humiiniaineita. Niillä on erilaisia ​​funktionaalisia ryhmiä, mukaan lukien karboksyylihapot, fenolit, sokerimaiset renkaat, kinonit ja aminohappojohdannaiset.

Humiiniaineet, joista humushapot ovat osa, jakautuvat maaperässä, luonnollisissa vesissä ja sedimenteissä, koska ne ovat seurausta kasvi-, eläin- ja luonnonjätteiden hajoamisesta.

Orgaaninen materiaali, joka muuttuu aineiksi, kuten humiinihapot. Kirjoittaja: Pisauikan. Lähde: Pixabay.

Humiinihapot ovat osa humusa, ja niillä on kyky parantaa kasvien kasvua ja ravitsemusta, koska ne antavat ravintoaineiden pysyä pidempään maaperässä siten, että ne ovat kasvien käytettävissä.

Ne ovat amfifiilisiä yhdisteitä, ts. Niillä on veteen liittyviä osia ja osia, jotka hylkäävät vettä, kaikki samassa molekyylissä.

He voivat muodostaa komplekseja metalli-ionien tai kationien kanssa niiden -OH- ja -COOH-ryhmiensä takia.

Hiilivetyketjujensa tai aromaattisten osiensa ansiosta ne voivat liuottua ja lukittua itsensä myrkyllisiksi polysyklisiksi aromaattisiksi molekyyleiksi. Lisäksi niillä on potentiaalista käyttöä syöpälääketieteessä ja tehokkaampien lääkkeiden valmistuksessa.

Rakenne

Humiinihapot sisältävät erilaisia ​​funktionaalisia ryhmiä, joiden määrät riippuvat humiinihapon maantieteellisestä alkuperästä, iästä, ympäristö- ja biologisista olosuhteista sekä ilmastosta, jossa molekyyli on tuotettu. Tästä syystä sen tarkka kuvaaminen on tullut vaikeaksi.

Sen tärkeimmät funktionaaliset ryhmät ovat fenoliset, karboksyyli-, enoliset, kinonit, eetterit, sokerit ja peptidit.

Funktionaaliset ryhmät, jotka antavat sille sen pääominaisuudet, ovat fenoli-, karboksyyli- ja kinoniryhmät.

Humiinihapon suuri rakenne koostuu hydrofiilisistä osista, jotka muodostuvat -OH-ryhmistä, ja hydrofobisista osista, jotka koostuvat alifaattisista ketjuista ja aromaattisista renkaista.

Esimerkki humiinihappomolekyylistä, jossa fenoliset -OH-ryhmät, -COOH, kinoni, sokerijäännökset ja peptidit (-NH) voidaan havaita. Yikrazuul. Lähde: Wikimedia Commons.

nimistö

- Humiinihapot.

- HA tai HA (happohapot).

ominaisuudet

Fyysinen tila

Amorfiset kiinteät aineet.

Molekyylipaino

Niiden molekyylipainot ovat välillä 2,0 - 1300 kDa.

Yksi Da tai Dalton on arvoltaan 1,66 x 10 - ²⁴ grammaa.

Liukoisuus

Humiinihapot ovat humusaineiden fraktio, joka liukenee alkaliseen vesipitoiseen väliaineeseen. Ne liukenevat osittain veteen. Ei liukene happamaan väliaineeseen.

Sen liukeneminen veteen on monimutkaista, koska humiinihapot eivät ole yksittäinen komponentti, vaan komponenttiseos, jossa vain osa niistä liukenee veteen.

Sen liukoisuus voi vaihdella koostumuksesta, pH: sta ja liuottimen ionivahvuudesta riippuen.

Kemialliset ja biologiset ominaisuudet

Humiinihappomolekyyleillä on yleensä hydrofiilinen tai veteen liittyvä osa ja hydrofobinen osa, joka hylkää veden. Siksi niiden sanotaan olevan amfifiilisiä.

Amfifiilisen luonteensa vuoksi humiinihapot muodostavat neutraalissa tai happamassa väliaineessa samanlaisia ​​rakenteita kuin misellit, joita kutsutaan pseudomikseleiksi.

Ne ovat heikkoja happoja, joita fenoliset ja karboksyyliryhmät aiheuttavat.

Kinonityyppiset ryhmät ovat vastuussa reaktiivisten happilajien muodostumisesta, koska ne pelkistetään puolikineoneiksi ja sitten hydrokinoneiksi, jotka ovat erittäin vakaita.

Fenolisten ja karboksyyliryhmien läsnäolo humiinihappomolekyyleissä antaa niille kyvyn parantaa kasvien kasvua ja ravintoa. Tällaiset ryhmät voivat myös edistää kompleksoitumista raskasmetallien kanssa. Ja he selittävät myös sen antiviraalisen ja anti-inflammatorisen vaikutuksen.

Toisaalta kinoni-, fenoli- ja karboksyyliryhmien läsnäolo liittyy niiden antioksidantti-, fungisidi-, bakteereja tappavaan ja antimutageeniseen tai demutageeniseen kykyyn.

Käyttäytyminen vesipitoisessa väliaineessa pH: n mukaan

Emäksisessä väliaineessa karboksyyli- ja fenoliryhmät kärsivät H ⁺ -protonien menetyksestä, mikä jättää molekyylin negatiivisesti varautuneeksi jokaisessa näistä ryhmistä.

Tästä johtuen negatiiviset varaukset hylätään ja molekyyli venyy.

Laskemalla pH: ta, fenoliset ja karboksyyliryhmät protonoidaan jälleen ja repulsiiviset vaikutukset lakkaavat aiheuttaen molekyylin omaksua kompakti rakenne, misellin kaltainen.

Tässä tapauksessa hydrofobiset osat yritetään paikantaa molekyylin sisällä ja hydrofiiliset osat ovat kosketuksissa vesipitoisen väliaineen kanssa. Näiden rakenteiden sanotaan olevan näennäismillereitä.

Tämän käytöksen takia todetaan, että humiinihapoilla on pesuominaisuuksia.

Lisäksi ne muodostavat molekyylinsisäisiä aggregaatteja (oman molekyylinsä sisällä), mitä seuraa molekyylien välinen aggregaatio (eri molekyylien välillä) ja saostuminen.

Suurten ei-polaaristen molekyylien liuottaminen

Humiinihapot voivat liuottaa polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä, jotka ovat myrkyllisiä ja syöpää aiheuttavia ja ovat suhteellisen liukenemattomia veteen.

Nämä hiilivedyt liukenevat humiinihappojen näennäismillien hydrofobiseen sydämeen.

Monimutkainen muodostuminen metallikationien kanssa

Humiinihapot ovat vuorovaikutuksessa metalli-ionien kanssa emäksisessä ympäristössä, jossa kationit tai positiiviset ionit toimivat neutraloidakseen humiinihappomolekyylin negatiiviset varaukset.

Mitä suurempi kationin varaus, sitä suurempi sen tehokkuus pseudomellien muodostamisessa. Kationit sijaitsevat rakenteen termodynaamisesti edullisissa kohdissa.

Tämä prosessi tuottaa humiinihappo-metalli-komplekseja, jotka saavat pallomaisen muodon.

Tämä vuorovaikutus riippuu metallista ja humiinihapon alkuperästä, molekyylipainosta ja pitoisuudesta.

Saada

Humiinihappoja voidaan saada maaperän orgaanisista aineista. Erilaisten humiinihappomolekyylien rakenteet kuitenkin vaihtelevat maaperän sijainnin, ikän ja ilmasto-olosuhteiden mukaan.

Saadaan useita menetelmiä. Yksi näistä kuvataan alla.

Maaperää käsitellään 0,5 N NaOH: n (0,5 ekvivalenttia litrassa) vesiliuoksella typpiatmosfäärissä 24 tunnin ajan huoneenlämpötilassa. Koko suodatetaan.

Emäksinen uute tehdään happamaksi 2N HCl: llä pH: hon 2 ja annetaan seistä 24 tunnin ajan huoneenlämpötilassa. Koaguloitu materiaali (humiinihapot) erotetaan supernatantista sentrifugoimalla.

Sovellukset

- Maataloudessa

Humiinihappojen käyttö maataloudessa on ollut tiedossa käytännössä maatalouden toiminnan alusta, koska ne ovat osa humusta.

Maaperä, jossa on paljon humusta, siis runsaasti humiinihappoja, hyvä kasvien kasvattamiseen. Kirjoittaja: Markus Baumeler. Lähde: Pixabay.

Humiinihapot parantavat kasvien kasvua ja ravitsemusta. Ne toimivat myös maaperän bakteereja ja sienitautien torjunta-aineina, suojeleen kasveja. Humiinihapot estävät fytopatogeenisiä sieniä, ja jotkut niiden toiminnallisista ryhmistä ovat korreloineet tämän aktiivisuuden kanssa.

Alternaria solani -sieni-tartunnan saanut kasvi, jota voidaan taistella humiinihapoilla. AfroBrazilian. Lähde: Wikimedia Commons.

Rikin (S) ja C = O-karbonyyliryhmien läsnäolo humiinihappomolekyylissä suosii fungistaattista aktiivisuutta. Päinvastoin, korkea happipitoisuus, aromaattiset CO-ryhmät ja tietyt sokereihin kuuluvat hiiliatomit estävät humiinihapon fungistaattista voimaa.

Äskettäin (2019) on tutkittu hitaasti vapautuvien typpilannoitteiden vaikutusta maaperässä olevien humiinihappojen stabilointiin ja niiden vaikutusta viljelykasveihin.

Todettiin, että biohiilellä päällystetty urea parantaa maaperässä olevien humiinihappojen rakennetta ja stabiilisuutta, suosimalla typen ja hiilen pidättämistä maaperässä ja parantamalla sadon satoa.

- pilaantumisen korjaamiseksi

Koska se kykenee muodostamaan näennäismillereitä neutraalissa tai happamassa väliaineessa, sen käyttökelpoisuutta pilaavien aineiden poistamisessa jätevesistä ja maaperästä on tutkittu monien vuosien ajan.

Metallit ovat yksi epäpuhtauksista, jotka voidaan poistaa humiinihapoilla.

Jotkut tutkimukset osoittavat, että humiinihappojen metallisorptiotehokkuus vesiliuoksessa on taipumus kasvaa pH: n ja humiinihappopitoisuuden noustessa ja metallipitoisuuden laskiessa.

Todettiin myös, että metalli-ionit kilpailevat humiinihappomolekyylin aktiivisista kohdista, jotka ovat yleensä sen fenolisia –COOH- ja –OH-ryhmiä.

- lääketeollisuudessa

Sen on osoitettu olevan käyttökelpoinen hydrofobisten lääkkeiden vesiliukoisuuden lisäämisessä.

Valmistettiin humiinihapoilla päällystettyjä hopea (Ag) nanohiukkasia, jotka onnistuivat pysymään vakaina vähintään yhden vuoden ajan.

Näillä hopean ja humiinihapon nanohiukkasilla yhdessä jälkimmäisten antibakteeristen ominaisuuksien kanssa on suuri potentiaali lääkkeiden valmistukseen.

Samoin epilepsialääke karbamatsepiinin, humiinihappojen, komplekseja on yritetty lisätä sen liukoisuutta, ja on osoittautunut, että lääkkeestä tulee paljon liukoisempaa ja tehokkaampaa.

Sama vaikutus liukoisuuden ja hyötyosuuden parantamiseen saavutettiin humiinihappojen ja β-karoteenin, joka on A-vitamiinin edeltäjä, komplekseilla.

- Lääketieteessä

Humiinihapot ovat vahvoja liittolaisia ​​eri sairauksien hoidossa.

Joitakin viruksia vastaan

Humiinihappojen viruksenvastaista aktiivisuutta on havaittu muun muassa sytomegalovirusta ja ihmisen immuunikatoviruksia HIV-1 ja HIV-2 vastaan.

Humiinihappomolekyylit voivat estää viruksen replikaatiota sitoutumalla niiden emäksisissä väliaineissa oleva negatiivinen varauksen tiettyihin viruksen kationisiin kohtiin, jotka ovat välttämättömiä viruksen sitoutumiseksi solun pintaan.

Syöpää vastaan

Humiinihappojen on havaittu olevan syöpää aiheuttavia vaurioita parantavia. Tämä johtuu kinonien läsnäolosta sen rakenteessa.

Kinonin rakenne, ryhmä, joka on läsnä joidenkin humiinihappojen molekyyleissä. Kirjoittaja: Marilú Stea.

Kinonit tuottavat reaktiivisia happilajeja, jotka tuottavat oksidatiivista stressiä ja indusoivat syöpäsolujen apoptoosin DNA: n pirstoutumisen kautta.

Mutageneesiä vastaan

Humiinihapot ovat mutageneesin estäjiä solussa ja sen ulkopuolella. Mutageneesi on solun geneettisen materiaalin vakaa muutos, joka voidaan siirtää tytärsoluihin.

Kyvyn estää mutageneesi on havaittu vaihtelevan humiinihappojen koostumuksen ja niiden pitoisuuden mukaan.

Toisaalta niillä on desmutageeninen vaikutus mutageenisiin aineisiin, kuten bentsopyreeniin (joissakin elintarvikkeissa esiintyvä moniaromaattiset hiilivedyt), 2-nitrofluoreeniin (polttoaineiden palaminen polttoaineesta) ja 2-aminoantraseeniin.

Bentsopyreenin mutageeninen vaikutus DNA: han. Kirjoittaja Richard Wheeler (Zephyris) 2007. +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihydroksi-9,10-epoksi-7,8 trans-avoimen (10S) -dA-adduktin liuosrakenne, 9,10-tetrahydrobentsopyreeni dupleksi-DNA: ssa. Valmistettu {{PDB-1JDG}}. == Lisensointi == {{GFDL-. Lähde: Wikimedia Commons.

Tämän vaikutuksen mekanismi perustuu mutageenin adsorptioon, jolle suurempien rakenteiden humiinihapot ovat tehokkaimpia. Mutageeni adsorboituu humiinihapon kanssa ja se menettää mutageenisen aktiivisuutensa.

Uskotaan, että tämän voi olla tärkeää suojautua karsinogeneesiltä.

- Kosmetiikkateollisuudessa

Humiinihappojen kyvystä absorboida UV-säteilyä ja näkyviä säteitä on ehdotettu käytettäväksi aurinkosuoja-aineissa, ikääntymistä estävissä voiteissa ja ihonhoitotuotteissa.

Niitä voidaan käyttää myös säilöntäaineina kosmeettisissa valmisteissa.

- Elintarviketeollisuudessa

Antioksidanttisten ominaisuuksiensa vuoksi on ehdotettu sen käyttöä elintarvikkeiden säilöntäaineina ja ravintolisinä.

Viitteet

1. Gomes de Melo, BA et ai. (2016). Humiinihapot: Rakenteelliset ominaisuudet ja monitoiminnallisuudet uutta teknologista kehitystä varten. Materiaalitiede ja tekniikka C 62 (2016) 967-974. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
2. Wei, S. et ai. (2018). Multiorigiinihappohappojen fungistaattinen aktiivisuus suhteessa niiden kemialliseen rakenteeseen. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2018, 66, 28, 7514-7521. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.
3. Kerndorff, H. ja Schnitzer, M. (1980). Metallien sorptio humiinihapolla. Geochimica et Cosmochimica Acta Voi 44, sivut 1701 - 1708. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
4. Sato, T. et ai. (1987). Humiinihapon desmutageenisen vaikutuksen mekanismi. Mutation Research, 176 (1987) 199 - 204. Palautettu osoitteesta sciencedirect.com.
5. Cheng, M.-L. et ai. (2003). Humiinihappo indusoi oksidatiivisia DNA-vaurioita, kasvun hidastumista ja apoptoosia ihmisen primaarisissa fibroblasteissa. Exp Biol Med (Maywood) 2003 huhtikuu; 228 (4): 413 - 23. Palautettu osoitteesta ncbi.nlm.nih.gov.
6. Li, M. et ai. (2019). Orgaanisen hiilen sitominen maaperäisissä humiinaineissa, joihin vaikuttaa erilaisten typpilannoitteiden levitys vihannesten kiertoviljelyjärjestelmässä. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67, 11, 3106-3113. Palautettu pubs.acs.org-sivustosta.