HUMINSKA KISELINA: STRUKTURA, SVOJSTVA, PROIZVODNJA, UPOTREBE - KEMIJA - 2026

Huminska kiselina je generičko ime obitelji organskih spojeva koji su dio humanih tvari. Oni imaju različite funkcionalne skupine, uključujući karboksilne, fenolne, šećerne prstenove, kinone i derivate aminokiselina.

Humske tvari, čiji dio čine huminske kiseline, distribuiraju se u tlima, prirodnim vodama i sedimentima, jer su rezultat raspada biljnog, životinjskog i prirodnog otpada.

Organski materijal koji će se pretvoriti u tvari poput huminskih kiselina. Autor: Pisauikan. Izvor: Pixabay.

Huminske kiseline dio su humusa i imaju sposobnost poboljšanja rasta i prehrane biljaka, jer omogućuju dulje zadržavanje hranjivih tvari u tlu, tako da budu dostupne biljkama.

Oni su amfifilni spojevi, odnosno imaju dijelove koji su povezani s vodom i dijelove koji odbacuju vodu, a sve unutar iste molekule.

Zbog svojih -OH i -COOH skupina mogu tvoriti komplekse s metalnim ionima ili kationima.

Zahvaljujući ugljikovodičnim lancima ili aromatskim dijelovima, oni mogu solubilizirati i zaključati u sebi policikličke aromatske molekule koje su toksične. Uz to, imaju potencijalnu uporabu u medicini raka i u pripremi učinkovitijih lijekova.

Struktura

Huminske kiseline sadrže različite funkcionalne skupine, čija količina ovisi o geografskom podrijetlu huminske kiseline, starosti, okolišnim i biološkim uvjetima i klimi u kojoj je molekula proizvedena. Iz tog razloga njegova precizna karakterizacija postala je teška.

Njegove glavne funkcionalne skupine su fenolna, karboksilna, enonska, kinonska, eterska, šećera i peptidi.

Funkcionalne skupine koje mu daju glavne karakteristike su fenolne, karboksilne i kinonske skupine.

Sjajnu strukturu huminske kiseline čine hidrofilni dijelovi formirani od -OH skupina i hidrofobni dijelovi koji se sastoje od alifatskih lanaca i aromatičnih prstenova.

Primjer molekule humske kiseline, gdje se mogu primijetiti fenolne -OH skupine, -COOH, kinon, ostaci šećera i peptidi (-NH). Yikrazuul. Izvor: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Huminske kiseline.

- HA ili HAs (humske kiseline).

Svojstva

Psihičko stanje

Amorfne krute tvari.

Molekularna težina

Njihove molekularne težine kreću se od 2,0 do 1300 kDa.

Jedan Da ili Dalton vrijedi 1,66 x 10 ^-24 grama.

Topljivost

Huminske kiseline su udio humanih tvari topljivih u alkalnom vodenom mediju. Djelomično su topljivi u vodi. Netopljivo u kiselom mediju.

Njegovo otapanje u vodi je složeno, jer huminske kiseline nisu pojedinačna komponenta, već je mješavina komponenata, gdje su samo neke od njih topive u vodi.

Njegova topivost može varirati ovisno o sastavu, pH i ionskoj snazi ​​otapala.

Kemijska i biološka svojstva

Molekule humske kiseline općenito imaju hidrofilni ili s vodom povezane dijelove i hidrofobni dio koji odbija vodu. Zato se kaže da su amfifilni.

Zbog svoje amfifilne prirode, huminske kiseline formiraju, u neutralnom ili kiselom mediju, strukture slične onima micela, koje se nazivaju pseudo-miceli.

Oni su slabe kiseline, što uzrokuju fenolne i karboksilne skupine.

Skupine tipa kinona odgovorne su za nastajanje reaktivnih vrsta kisika, jer su one reducirane u polukvinone, a zatim i na hidrokinone, koji su vrlo stabilni.

Prisutnost fenolnih i karboksilnih skupina u molekulama humske kiseline daje im mogućnost poboljšanja rasta i ishrane biljaka. Takve skupine također mogu promicati složenost s teškim metalima. A oni također objašnjavaju njegovo antivirusno i protuupalno djelovanje.

S druge strane, prisustvo kinonskih, fenolnih i karboksilnih skupina povezano je s njihovim antioksidacijskim, fungicidnim, baktericidnim i antimutagenim ili demutagenim sposobnostima.

Ponašanje u vodenom mediju prema pH

U alkalnom mediju, karboksilne i fenolne skupine trpe gubitak H ⁺ protona, što molekulu ostavlja negativno nabijenu u svakoj od tih skupina.

Zbog toga se negativni naboji odbijaju i molekula se proteže.

Kako se pH smanjuje, fenolna i karboksilna skupina ponovno se protoniraju i efekti odbijanja prestaju, uzrokujući molekuli da poprimi kompaktnu strukturu sličnu onoj micela.

U ovom slučaju, hidrofobni dijelovi se pokušavaju smjestiti unutar molekule, a hidrofilni dijelovi su u kontaktu s vodenim medijem. Za ove se strukture kaže da su pseudo-micele.

Zbog takvog ponašanja navodi se da huminske kiseline imaju svojstva odvraćanja.

Nadalje, oni tvore intramolekularne agregate (unutar vlastite molekule), nakon čega slijedi intermolekularna agregacija (između različitih molekula) i taloženje.

Solubilizacija velikih nepolarnih molekula

Huminske kiseline mogu solubilizirati policikličke aromatske ugljikovodike koji su toksični i kancerogeni i relativno netopljivi u vodi.

Ti se ugljikovodici otapaju u hidrofobnom srcu pseudo-micela huminskih kiselina.

Složena tvorba s metalnim kationima

Huminske kiseline djeluju s metalnim ionima u alkalnom okruženju gdje kationi ili pozitivni ioni djeluju tako da neutraliziraju negativne naboje molekule humske kiseline.

Što je kation veći, to je veća njegova učinkovitost u stvaranju pseudo-micela. Kationi su smješteni na termodinamički preferiranim mjestima u strukturi.

Ovim postupkom nastaju metalni kompleksi humane kiseline i metala koji dobivaju sferni oblik.

Ta interakcija ovisi o metalu i podrijetlu, molekularnoj težini i koncentraciji huminske kiseline.

dobivanje

Huminske kiseline mogu se dobiti iz organskih tvari u tlu. Međutim, strukture različitih molekula humske kiseline razlikuju se ovisno o položaju tla, njegovoj starosti i klimatskim uvjetima.

Postoji nekoliko metoda dobivanja. Jedan od njih opisan je u nastavku.

Tlo se obrađuje vodenom otopinom 0,5 N NaOH (0,5 ekvivalenta po litri) u atmosferi dušika tijekom 24 sata na sobnoj temperaturi. Cijela je filtrirana.

Alkalni ekstrakt zakiseli se s 2N HCl do pH 2 i ostavi stajati 24 sata na sobnoj temperaturi. Koagulirani materijal (huminske kiseline) se odvaja od supernatanta centrifugiranjem.

Prijave

- U poljoprivredi

Upotreba huminskih kiselina u poljoprivredi poznata je praktički od početka poljoprivredne aktivnosti jer su dio humusa.

Tlo bogato humusom, dakle bogato humusnim kiselinama, dobro za uzgoj biljaka. Autor: Markus Baumeler. Izvor: Pixabay.

Huminske kiseline poboljšavaju rast i prehranu biljaka. Djeluju i kao baktericidi tla i fungicidi, štiteći biljke. Huminske kiseline inhibiraju fitopatogene gljive, a neke od njihovih funkcionalnih skupina povezane su s ovom aktivnošću.

Biljka zaražena gljivom Alternaria solani koja se može boriti s huminskim kiselinama. AfroBrazilian. Izvor: Wikimedia Commons.

Prisutnost sumpornih (S) i C = O karbonilnih skupina u molekuli huminske kiseline pogoduje fungistatskom djelovanju. Suprotno tome, visoki sadržaj kisika, aromatične CO skupine i određeni ugljikovi atomi koji pripadaju šećerima inhibiraju fungistatsku silu huminske kiseline.

Nedavno (2019.) proučavan je učinak primjene dušičnih gnojiva s usporenim oslobađanjem na stabilizaciju huminskih kiselina prisutnih u tlima i njihov utjecaj na usjeve.

Utvrđeno je da urea prevučena biokarbonom poboljšava strukturu i stabilnost huminskih kiselina prisutnih u tlu, pogodujući zadržavanju dušika i ugljika u tlu i poboljšavajući prinos usjeva.

- U sanaciji zagađenja

Zbog njegove sposobnosti da formira pseudo-micele u neutralnom ili kiselom mediju, njezina korisnost u uklanjanju onečišćujućih tvari iz otpadnih voda i tla istražuje se dugi niz godina.

Metali su jedan od onečišćivača koji se mogu ukloniti huminskim kiselinama.

Neka istraživanja pokazuju da se učinkovitost sorpcije metala huminske kiseline u vodenoj otopini povećava s povećanjem pH i koncentracije huminske kiseline i sa smanjenjem koncentracije metala.

Također je utvrđeno da se metalni ioni natječu za aktivna mjesta molekule huminske kiseline, a u njima su uglavnom fenolne –COOH i –OH skupine.

- U farmaceutskoj industriji

Dokazano je korisnim u povećanju topljivosti u vodi hidrofobnih lijekova.

Pripremljene su srebrne (Ag) nanočestice presvučene huminskom kiselinom, koje su uspjele ostati stabilne najmanje godinu dana.

Te nanočestice srebra i huminske kiseline, zajedno s njihovim antibakterijskim svojstvima, imaju visoki potencijal za pripravu lijekova.

Isto tako, kompleksi karbamazepina, antiepileptičkog lijeka, s huminskim kiselinama pokušali su povećati njegovu topljivost, a pokazalo se da lijek postaje mnogo topljiviji i učinkovitiji.

Isti učinak poboljšanja topljivosti i bioraspoloživosti postignut je s kompleksima huminskih kiselina i β-karotena, prethodnika vitamina A.

- U medicini

Huminske kiseline su snažni saveznici u liječenju različitih bolesti.

Protiv nekih virusa

Primjećeno je, među ostalim, antivirusno djelovanje humanih kiselina protiv citomegalovirusa i virusa humane imunodeficijencije HIV-1 i HIV-2.

Molekule humske kiseline mogu inhibirati replikaciju virusa vezanjem svog negativnog naboja u alkalnom mediju na određena kationska mjesta virusa koja su potrebna da se virus veže na staničnu površinu.

Protiv karcinoma

Otkriveno je da humane kiseline pokazuju kancerogena svojstva zacjeljivanja lezija. To se pripisuje prisutnosti kinona u njegovoj strukturi.

Struktura kinona, skupine prisutne u molekulama nekih huminskih kiselina. Autor: Marilú Stea.

Kinoni stvaraju reaktivne kisikove vrste koje stvaraju oksidativni stres i izazivaju apoptozu stanica karcinoma fragmentacijom njihove DNK.

Protiv mutageneze

Huminske kiseline su inhibitori mutageneze unutar i izvan stanice. Mutageneza je stabilna promjena genetskog materijala stanice koja se može prenijeti na stanice kćeri.

Otkriveno je da sposobnost inhibicije mutageneze varira s sastavom huminskih kiselina i njihovom koncentracijom.

S druge strane, oni djeluju desmutageno na mutagene tvari poput benzopirena (poliaromatski ugljikovodik prisutan u nekim namirnicama), 2-nitrofluorena (poliaromatski ugljikovodični produkt izgaranja) i 2-aminoantracena.

Mutageni učinak benzopirena na DNA. Autor Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Struktura otopine otvorenog (10S) -dA adukta od +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihidroksi-9,10-epoksi-7,8, 9,10-tetrahidrobenzopiren u dupleksnoj DNK. Proizvedeno od {{PDB-1JDG}}. == Licenciranje == {{GFDL-. Izvor: Wikimedia Commons.

Mehanizam ovog učinka nalazi se u adsorpciji mutagena, pa su huminske kiseline s većim strukturama najučinkovitije. Mutagen se adsorbira huminskom kiselinom i gubi mutageno djelovanje.

Smatra se da bi to moglo biti važno za zaštitu od karcinogeneze.

- U kozmetičkoj industriji

Zbog svoje sposobnosti apsorpcije UV i vidljivih zraka humane kiseline predložene su za upotrebu u blokatorima sunca, kremama protiv starenja i proizvodima za njegu kože.

Oni se također mogu koristiti kao konzervansi u kozmetičkim proizvodima.

- U prehrambenoj industriji

Zbog svojih antioksidacijskih svojstava, preporučuje se njegova upotreba kao konzervansi hrane i kao dodaci prehrani.

Reference

1. Gomes de Melo, BA i sur. (2016). Huminske kiseline: Strukturna svojstva i višestruke funkcionalnosti za nove tehnološke dostignuće. Znanost o materijalu i inženjerstvo C 62 (2016) 967-974. Oporavljeno od sciencedirect.com.
2. Wei, S. i sur. (2018.). Fungistatička aktivnost multioriginskih humanih kiselina u odnosu na njihovu kemijsku strukturu. Časopis za poljoprivrednu i prehrambenu kemiju 2018, 66, 28, 7514-7521. Oporavak od pubs.acs.org.
3. Kerndorff, H. i Schnitzer, M. (1980). Razvrstavanje metala na huminsku kiselinu. Geochimica et Cosmochimica Acta Vol 44, str. 1701-1708. Oporavljeno od sciencedirect.com.
4. Sato, T. i sur. (1987). Mehanizam desmutagenog učinka huminske kiseline. Mutation Research, 176 (1987), 199-204. Oporavljeno od sciencedirect.com.
5. Cheng, M.-L. i sur. (2003). Humicna kiselina inducira oksidativne DNK oštećenja, usporavanje rasta i apoptozu u primarnim fibroblastima čovjeka. Exp Biol Med (Maywood) 2003. travanj; 228 (4): 413-23. Oporavak od ncbi.nlm.nih.gov.
6. Li, M. i sur. (2019). Sekvestracija organskog ugljika u tvarnim humusnim tvarima pod utjecajem primjene različitih dušičnih gnojiva u sustavu usjeva rotacije povrća. Časopis za poljoprivrednu i prehrambenu kemiju, 2019, 67, 11, 3106-3113. Oporavak od pubs.acs.org.