KYSELINA HUMINOVÁ: STRUKTURA, VLASTNOSTI, VÝROBA, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Kyselina huminová je obecný název rodiny organických sloučenin, které jsou součástí huminových látek. Mají různé funkční skupiny, včetně karboxylových, fenolových, cukrových kruhů, chinonů a derivátů aminokyselin.

Huminové látky, jejichž součástí jsou huminové kyseliny, jsou distribuovány v půdách, přírodních vodách a sedimentech, protože jsou výsledkem rozkladu rostlinného, ​​živočišného a přírodního odpadu.

Organický materiál, který se promění v látky jako huminové kyseliny. Autor: Pisauikan. Zdroj: Pixabay.

Huminové kyseliny jsou součástí humusu a mají schopnost zlepšovat růst a výživu rostlin, protože umožňují, aby živiny zůstaly déle v půdě, takže jsou dostupné rostlinám.

Jsou to amfifilní sloučeniny, to znamená, že mají části, které souvisejí s vodou, a části, které vodu odmítají, a to vše ve stejné molekule.

Díky svým skupinám –OH a –COOH mohou tvořit komplexy s kovovými ionty nebo kationty.

Díky svým uhlovodíkovým řetězcům nebo aromatickým částem se mohou rozpustit a zamknout do sebe polycyklické aromatické molekuly, které jsou toxické. Kromě toho mají potenciální použití v rakovinové medicíně a při přípravě účinnějších léčiv.

Struktura

Huminové kyseliny obsahují různé funkční skupiny, jejichž množství závisí na geografickém původu huminové kyseliny, věku, okolních a biologických podmínkách a klimatu, ve kterém byla molekula produkována. Z tohoto důvodu je jeho přesná charakterizace obtížná.

Jeho hlavní funkční skupiny jsou fenolické, karboxylové, enolické, chinonové, etherové, cukry a peptidy.

Funkční skupiny, které jí dávají hlavní charakteristiky, jsou fenolové, karboxylové a chinonové skupiny.

Velká struktura huminové kyseliny se skládá z hydrofilních částí tvořených skupinami -OH a hydrofobních částí sestávajících z alifatických řetězců a aromatických kruhů.

Příklad molekuly huminové kyseliny, kde lze pozorovat fenolové skupiny -OH, -COOH, chinon, zbytky cukru a peptidy (-NH). Yikrazuul. Zdroj: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Huminové kyseliny.

- HA nebo HA (huminové kyseliny).

Vlastnosti

Fyzický stav

Amorfní pevné látky.

Molekulární váha

Jejich molekulové hmotnosti se pohybují od 2,0 do 1300 kDa.

Jeden Da nebo Dalton má hodnotu 1,66 x 10 - ²⁴ gramů.

Rozpustnost

Huminové kyseliny jsou frakcí huminových látek rozpustných v alkalickém vodném prostředí. Jsou částečně rozpustné ve vodě. Nerozpustný v kyselém prostředí.

Jeho rozpouštění ve vodě je složité, protože huminové kyseliny nejsou samostatnou složkou, ale směsí složek, ve kterých jsou pouze některé z nich rozpustné ve vodě.

Jeho rozpustnost se může lišit v závislosti na složení, pH a iontové síle rozpouštědla.

Chemické a biologické vlastnosti

Molekuly huminové kyseliny mají obvykle hydrofilní nebo s vodou související část a hydrofobní část, která vylučuje vodu. Proto se říká, že jsou amfifilní.

V důsledku své amfifilní povahy tvoří huminové kyseliny v neutrálním nebo kyselém prostředí struktury podobné strukturám micel, které se nazývají pseudomikely.

Jsou to slabé kyseliny, které jsou způsobeny fenolickými a karboxylovými skupinami.

Skupiny chinonového typu jsou zodpovědné za tvorbu reaktivních druhů kyslíku, protože jsou redukovány na semichinony a poté na hydrochinony, které jsou velmi stabilní.

Přítomnost fenolických a karboxylových skupin v molekulách huminové kyseliny jim dává schopnost zlepšit růst a výživu rostlin. Takové skupiny mohou také podporovat komplexaci s těžkými kovy. A také vysvětlují jeho antivirovou a protizánětlivou aktivitu.

Na druhé straně přítomnost chinonových, fenolických a karboxylových skupin souvisí s jejich antioxidačními, fungicidními, baktericidními a antimutagenními nebo demutagenními schopnostmi.

Chování ve vodném médiu podle pH

V alkalickém médiu trpí karboxylové a fenolické skupiny ztrátou H ⁺ protonů, což molekulu ponechává záporně nabitou v každé z těchto skupin.

V důsledku toho jsou negativní náboje odrazeny a molekula se natáhne.

Když pH klesá, fenolické a karboxylové skupiny jsou opět protonovány a účinky odpuzování přestávají, což způsobuje, že molekula přijme kompaktní strukturu podobnou struktuře micel.

V tomto případě se hydrofobní části snaží lokalizovat uvnitř molekuly a hydrofilní části jsou ve styku s vodným médiem. O těchto strukturách se říká, že se jedná o pseudomikely.

Díky tomuto chování se uvádí, že huminové kyseliny mají detergentní vlastnosti.

Kromě toho tvoří intramolekulární agregáty (v rámci své vlastní molekuly), následuje intermolekulární agregace (mezi různými molekulami) a srážení.

Solubilizace velkých nepolárních molekul

Huminové kyseliny mohou solubilizovat polycyklické aromatické uhlovodíky, které jsou toxické a karcinogenní a jsou relativně nerozpustné ve vodě.

Tyto uhlovodíky jsou solubilizovány v hydrofobním srdci pseudomikel huminových kyselin.

Složitá formace s kovovými kationty

Huminové kyseliny interagují s kovovými ionty v alkalickém prostředí, kde kationty nebo pozitivní ionty působí na neutralizaci negativních nábojů molekuly huminové kyseliny.

Čím vyšší je náboj kationtu, tím větší je jeho účinnost při tvorbě pseudomikel. Kationty jsou umístěny na termodynamicky výhodných místech ve struktuře.

Tento proces vytváří komplexy huminových kyselin a kovů, které získají kulovitý tvar.

Tato interakce závisí na kovu a na původu, molekulové hmotnosti a koncentraci huminové kyseliny.

Získání

Huminové kyseliny lze získat z organických látek v půdě. Struktura různých molekul huminové kyseliny se však liší v závislosti na poloze půdy, jejím věku a klimatických podmínkách.

Existuje několik způsobů získání. Jeden z nich je popsán níže.

Půda se v atmosféře dusíku 24 hodin při teplotě místnosti ošetřuje vodným roztokem 0,5 N NaOH (0,5 ekvivalentu na litr). Celek je filtrován.

Alkalický extrakt se okyselí 2N HC1 na pH 2 a nechá se stát 24 hodin při teplotě místnosti. Koagulovaný materiál (huminové kyseliny) se od supernatantu oddělí odstředěním.

Aplikace

- V zemědělství

Použití huminových kyselin v zemědělství je známo prakticky od počátku zemědělské činnosti, protože jsou součástí humusu.

Půda bohatá na humus, tedy bohatá na huminové kyseliny, vhodná pro pěstování rostlin. Autor: Markus Baumeler. Zdroj: Pixabay.

Huminové kyseliny zlepšují růst a výživu rostlin. Působí také jako baktericidy a fungicidy v půdě, chrání rostliny. Huminové kyseliny inhibují fytopatogenní houby a některé z jejich funkčních skupin byly v korelaci s touto aktivitou.

Rostlina infikovaná houbou Alternaria solani, kterou lze potírat huminovými kyselinami. AfroBrazilec. Zdroj: Wikimedia Commons.

Přítomnost síry (S) a C = O karbonylových skupin v molekule huminové kyseliny podporuje fungistatickou aktivitu. Naopak vysoký obsah kyslíku, aromatických CO skupin a určitých atomů uhlíku patřících do cukrů inhibuje fungistatickou sílu huminové kyseliny.

Nedávno (2019) byl studován účinek aplikace dusíkatých hnojiv s pomalým uvolňováním na stabilizaci huminových kyselin přítomných v půdách a jejich vliv na plodiny.

Bylo zjištěno, že močovina potažená biokarbonem zlepšuje strukturu a stabilitu huminových kyselin přítomných v půdě, podporuje zadržování dusíku a uhlíku v půdě a zlepšuje výnos plodin.

- Při nápravě znečištění

Vzhledem k jeho schopnosti tvořit pseudomikely v neutrálním nebo kyselém médiu byla jeho užitečnost při odstraňování kontaminantů z odpadních vod a půd zkoumána již mnoho let.

Kovy jsou jednou ze znečišťujících látek, které mohou být odstraněny huminovými kyselinami.

Některé studie ukazují, že účinnost sorpce huminových kyselin ve vodném roztoku má tendenci se zvyšovat se zvyšujícím se pH a koncentrací huminových kyselin a se snižující se koncentrací kovů.

Bylo také stanoveno, že kovové ionty soutěží o aktivní místa molekuly huminové kyseliny, které jsou v ní obecně fenolické skupiny -COOH a -OH.

- Ve farmaceutickém průmyslu

Bylo prokázáno, že je užitečné při zvyšování rozpustnosti hydrofobních léčiv ve vodě.

Byly připraveny stříbrné (Ag) nanočástice potažené huminovými kyselinami, kterým se podařilo zůstat stabilní po dobu alespoň jednoho roku.

Tyto nanočástice stříbra a kyseliny huminové společně s antibakteriálními vlastnostmi této látky mají vysoký potenciál pro přípravu léčiv.

Podobně komplexy karbamazepinu, antiepileptického léčiva, s huminovými kyselinami, byly zkoušeny zvýšit jeho rozpustnost, a ukázalo se, že léčivo se stává mnohem rozpustnějším a účinnějším.

Stejného účinku na zlepšení rozpustnosti a biologické dostupnosti bylo dosaženo u komplexů huminových kyselin a P-karotenu, prekurzoru vitaminu A.

- V medicíně

Huminové kyseliny jsou silnými spojenci při léčbě různých onemocnění.

Proti některým virům

Byla pozorována mimo jiné antivirová aktivita huminových kyselin proti virům cytomegaloviru a viru lidské imunodeficience HIV-1 a HIV-2.

Molekuly huminové kyseliny mohou inhibovat replikaci viru vazbou jejich negativního náboje v alkalickém médiu na určitá kationtová místa na viru, která jsou nezbytná pro to, aby se virus vázal na buněčný povrch.

Proti rakovině

Bylo zjištěno, že huminové kyseliny mají léčivé vlastnosti karcinogenních lézí. To je přičítáno přítomnosti chinonů v jeho struktuře.

Struktura chinonu, skupina přítomná v molekulách některých huminových kyselin. Autor: Marilú Stea.

Chinony vytvářejí reaktivní druhy kyslíku, které vytvářejí oxidační stres a indukují apoptózu rakovinných buněk fragmentací jejich DNA.

Proti mutagenezi

Huminové kyseliny jsou inhibitory mutageneze uvnitř a vně buňky. Mutageneze je stabilní změna genetického materiálu buňky, která může být přenesena do dceřiných buněk.

Bylo zjištěno, že schopnost inhibovat mutagenezi se liší podle složení huminových kyselin a jejich koncentrace.

Na druhé straně vykazují desmutagenní účinek na mutagenní látky, jako je benzopyren (polyaromatický uhlovodík přítomný v některých potravinách), 2-nitrofluoren (polyaromatický uhlovodíkový produkt spalování) a 2-aminoanthracen.

Mutagenní účinek benzopyrenu na DNA. Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Struktura řešení trans-otevřeného (10S) -dA aduktu +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihydroxy-9,10-epoxy-7,8, 9,10-tetrahydrobenzopyren v duplexní DNA. Vyrobeno z {{PDB-1JDG}}. == Licencování == {{GFDL-. Zdroj: Wikimedia Commons.

Mechanismus tohoto účinku spočívá v adsorpci mutagenů, pro které jsou huminové kyseliny s větší strukturou nejúčinnější. Mutagen je adsorbován kyselinou huminovou a ztrácí svou mutagenní aktivitu.

Má se za to, že to může být důležité pro ochranu proti karcinogenezi.

- V kosmetickém průmyslu

Vzhledem k jejich schopnosti absorbovat UV a viditelné paprsky byly huminové kyseliny navrženy pro použití v blokátorech slunce, krémech proti stárnutí a přípravcích pro péči o pleť.

Mohou být také použity jako konzervační látky v kosmetických prostředcích.

- V potravinářském průmyslu

Vzhledem ke svým antioxidačním vlastnostem bylo navrženo jeho použití jako konzervačních látek v potravinách a jako doplňků výživy.

Reference

1. Gomes de Melo, BA a kol. (2016). Huminové kyseliny: Strukturální vlastnosti a mnohočetné funkce pro nový technologický vývoj. Materials Science and Engineering C 62 (2016) 967-974. Obnoveno z sciposedirect.com.
2. Wei, S. a kol. (2018). Fungistatická aktivita multioriginových huminových kyselin ve vztahu k jejich chemické struktuře. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2018, 66, 28, 7514-7521. Obnoveno z pubs.acs.org.
3. Kerndorff, H. a Schnitzer, M. (1980). Sorpce kovů na huminové kyseliny. Geochimica et Cosmochimica Acta Vol 44, str. 1701-1708. Obnoveno z sciposedirect.com.
4. Sato, T. a kol. (1987). Mechanismus desmutagenního účinku huminové kyseliny. Mutation Research, 176 (1987) 199-204. Obnoveno z sciposedirect.com.
5. Cheng, M.-L. et al. (2003). Kyselina huminová indukuje oxidační poškození DNA, zpomalení růstu a apoptózu v lidských primárních fibroblastech. Exp Biol Med (Maywood) 2003 duben; 228 (4): 413-23. Obnoveno z ncbi.nlm.nih.gov.
6. Li, M. a kol. (2019). Organické sekvestrace uhlíku v huminových půdách ovlivněných aplikací různých dusíkatých hnojiv v systému střídání plodin. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67, 11, 3106-3113. Obnoveno z pubs.acs.org.