HUMĪNSKĀBE: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, RAŽOŠANA, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Humīnskābe ir vispārējs nosaukums organisko savienojumu saimei, kas ir humusvielu sastāvdaļa. Viņiem ir dažādas funkcionālās grupas, ieskaitot karbonskābes, fenolus, cukurveida gredzenus, hinonus un aminoskābju atvasinājumus.

Humīnskābes, kurās ietilpst humīnskābes, tiek sadalītas augsnē, dabīgajos ūdeņos un nogulumos, jo tās ir augu, dzīvnieku un dabisko atkritumu sadalīšanās rezultāts.

Organisks materiāls, kas pārvērtīsies tādās vielās kā humuskābes. Autors: Pisauikan. Avots: Pixabay.

Humīnskābes ir daļa no humusa, un tām ir spēja uzlabot augu augšanu un uzturu, jo tās ļauj uzturvielas uzturēt augsnē ilgāk, lai tās būtu pieejamas augiem.

Tie ir amfifīli savienojumi, tas ir, tiem ir daļas, kas saistītas ar ūdeni, un daļas, kas noraida ūdeni, visas vienā molekulā.

Sakarā ar –OH un –COOH grupām, tie var veidot kompleksus ar metāla joniem vai katjoniem.

Pateicoties to ogļūdeņražu ķēdēm vai aromātiskajām porcijām, tie var izšķīst un iestiprināties sevī policikliskās aromātiskās molekulas, kas ir toksiskas. Turklāt tos ir iespējams izmantot vēža medicīnā un efektīvāku zāļu ražošanā.

Uzbūve

Humīnskābes satur dažādas funkcionālās grupas, kuru daudzums ir atkarīgs no humīnskābes ģeogrāfiskās izcelsmes, vecuma, vides un bioloģiskajiem apstākļiem un klimata, kurā molekula tika ražota. Šī iemesla dēļ tā precīza raksturošana ir kļuvusi sarežģīta.

Tās galvenās funkcionālās grupas ir fenola, karbonskābe, enols, hinons, ēteris, cukuri un peptīdi.

Funkcionālās grupas, kas tai piešķir galvenās īpašības, ir fenola, karbonskābes un hinonu grupas.

Humuskābes lieliskā struktūra sastāv no hidrofilām porcijām, kuras veido -OH grupas, un hidrofobām porcijām, kas sastāv no alifātiskām ķēdēm un aromātiskiem gredzeniem.

Humuskābes molekulas piemērs, kur var novērot fenola -OH grupas, -COOH, hinonu, cukura atlikumus un peptīdus (-NH). Yikrazuul. Avots: Wikimedia Commons.

Nomenklatūra

- Humīnskābes.

- HA vai HA (humīnskābes).

Īpašības

Fiziskais stāvoklis

Amorfas cietas vielas.

Molekulārais svars

Viņu molekulmasa svārstās no 2,0 līdz 1300 kDa.

Viena Da vai Daltona vērtība ir 1,66 x 10 ^-24 grami.

Šķīdība

Humīnskābes ir humusvielu frakcija, kas šķīst sārmainā ūdens vidē. Tie daļēji šķīst ūdenī. Nešķīst skābā vidē.

Tā izšķīšana ūdenī ir sarežģīta, jo humīnskābes nav atsevišķa sastāvdaļa, bet gan sastāvdaļu maisījums, kurā tikai dažas no tām šķīst ūdenī.

Tā šķīdība var mainīties atkarībā no tā sastāva, pH un šķīdinātāja jonu stiprības.

Ķīmiskās un bioloģiskās īpašības

Humīnskābes molekulām parasti ir hidrofilā vai ar ūdeni saistītā daļa un hidrofobā daļa, kas noraida ūdeni. Tieši tāpēc tiek uzskatīts, ka viņi ir amfifīli.

Sakarā ar amfifilisko raksturu, humīnskābes neitrālā vai skābā vidē veido struktūras, kas līdzīgas micellu struktūrām, ko sauc par pseido-micellām.

Tās ir vājas skābes, ko izraisa fenola un karbonskābes grupas.

Hinonu tipa grupas ir atbildīgas par reaktīvo skābekļa grupu veidošanos, jo tās tiek reducētas līdz pushinoniem un pēc tam par hidrohinoniem, kas ir ļoti stabili.

Fenola un karboksilgrupu klātbūtne humuskābes molekulās dod tām iespēju uzlabot augu augšanu un uzturu. Šādas grupas var arī veicināt kompleksa veidošanos ar smagajiem metāliem. Un viņi arī izskaidro tā pretvīrusu un pretiekaisuma darbību.

No otras puses, hinonu, fenolu un karboksilgrupu klātbūtne ir saistīta ar to antioksidantu, fungicīdu, baktericīdu un antimutagēno vai demogēnajām spējām.

Uzvedība ūdens vidē atbilstoši pH

Sārmainā vidē karbonskābes un fenola grupas cieš no H ⁺ protonu zaudēšanas , kas atstāj molekulu negatīvi lādētu katrā no šīm grupām.

Sakarā ar to negatīvās lādiņas tiek atgrūstas un molekula stiepjas.

Samazinoties pH, fenola un karboksilgrupas atkal tiek protonētas un atgrūšanās iedarbība tiek pārtraukta, liekot molekulai iegūt kompaktu struktūru, kas līdzīga micelām.

Šajā gadījumā hidrofobās daļas mēģina atrast molekulā, un hidrofilās daļas ir kontaktā ar ūdens vidi. Tiek apgalvots, ka šīs struktūras ir pseido micellas.

Šīs izturēšanās dēļ tiek apgalvots, ka humīnskābēm ir mazgāšanas īpašības.

Turklāt tie veido intramolekulārus agregātus (savā molekulā), kam seko starpmolekulārā agregācija (starp dažādām molekulām) un nokrišņi.

Lielu nepolāru molekulu šķīdināšana

Humīnskābes var izšķīdināt policikliskos aromātiskos ogļūdeņražus, kas ir toksiski un kancerogēni un ūdenī relatīvi nešķīst.

Šie ogļūdeņraži ir izšķīdināti humuskābju pseido micellu hidrofobā sirdī.

Kompleksa veidošanās ar metāla katjoniem

Humīnskābes mijiedarbojas ar metālu joniem sārmainā vidē, kur katjoni vai pozitīvie joni darbojas, lai neitralizētu humīnskābes molekulas negatīvos lādiņus.

Jo augstāks katjonu lādiņš, jo lielāka tā efektivitāte pseidomicilu veidošanā. Katjoni atrodas konstrukcijas termodinamiski vēlamajās vietās.

Šis process rada humuskābju-metālu kompleksus, kas iegūst sfērisku formu.

Šī mijiedarbība ir atkarīga no metāla un no humīnskābes izcelsmes, molekulmasas un koncentrācijas.

Iegūšana

Humīnskābes var iegūt no organiskām vielām augsnē. Tomēr dažādu humīnskābes molekulu struktūras mainās atkarībā no augsnes atrašanās vietas, tās vecuma un klimatiskajiem apstākļiem.

Ir vairākas iegūšanas metodes. Viens no tiem ir aprakstīts zemāk.

Augsni 24 stundas istabas temperatūrā apstrādā ar 0,5 N NaOH (0,5 ekvivalenti litrā) ūdens šķīdumu slāpekļa atmosfērā. Viss tiek filtrēts.

Sārmainu ekstraktu paskābina ar 2N HCl līdz pH 2 un ļauj nostāvēties 24 stundas istabas temperatūrā. Koagulēto materiālu (humīnskābes) no centrifugāta atdala, centrifugējot.

Lietojumprogrammas

- lauksaimniecībā

Humuskābju izmantošana lauksaimniecībā ir zināma praktiski kopš lauksaimnieciskās darbības sākuma, jo tās ir humusa daļa.

Augsne, kas bagāta ar humusu, tāpēc bagāta ar humīnskābēm, laba augiem. Autors: Markuss Baumelers. Avots: Pixabay.

Humīnskābes uzlabo augu augšanu un uzturu. Tie darbojas arī kā augsnes baktericīdi un fungicīdi, aizsargājot augus. Humīnskābes kavē fitopatogēnās sēnītes, un dažas to funkcionālās grupas ir saistītas ar šo darbību.

Augs, kas inficēts ar Alternaria solani sēnīti, kuru var apkarot ar humīnskābēm. AfroBrazilian. Avots: Wikimedia Commons.

Sēra (S) un C = O karbonilgrupu klātbūtne humīnskābes molekulā veicina fungistatisku aktivitāti. Gluži pretēji, augsts skābekļa, aromātisko CO grupu un noteiktu oglekļa atomu daudzums, kas pieder pie cukuriem, kavē humīnskābes fungistatisko spēku.

Nesen (2019. gadā) ir pētīta lēni atbrīvojošo slāpekļa mēslošanas līdzekļu ietekme uz augsnē esošo humuskābju stabilizāciju un to ietekme uz kultūrām.

Tika konstatēts, ka urīnviela, kas pārklāta ar oglekļa karbonātu, uzlabo augsnē esošo humuskābju struktūru un stabilitāti, veicinot slāpekļa un oglekļa aizturi augsnē un uzlabojot ražas ražu.

- Piesārņojuma sanācija

Sakarā ar spēju neitrālā vai skābā vidē veidot pseidomicilles, tā lietderība piesārņotāju noņemšanā no notekūdeņiem un augsnēm ir pētīta daudzus gadus.

Metāli ir viens no piesārņotājiem, ko var noņemt ar humīnskābēm.

Daži pētījumi rāda, ka humuskābju metālu sorbcijas efektivitātei ūdens šķīdumā ir tendence pieaugt, palielinoties pH un humuskābes koncentrācijai un samazinoties metālu koncentrācijai.

Tika arī noteikts, ka metālu joni sacenšas par humuskābes molekulas aktīvajām vietām, kas parasti ir fenola –COOH un –OH grupas tajā.

- farmācijas nozarē

Ir pierādīts, ka tas ir noderīgs, palielinot hidrofobisko zāļu šķīdību ūdenī.

Tika sagatavotas sudraba (Ag) nanodaļiņas, kas pārklātas ar humīnskābēm, kurām vismaz vienu gadu izdevās saglabāt stabilitāti.

Šīm sudraba un humuskābes nanodaļiņām, kā arī pēdējo antibakteriālajām īpašībām, ir liels zāļu pagatavošanas potenciāls.

Tāpat ir mēģināts palielināt pretepilepsijas zāļu karbamazepīna komplektus ar humīnskābēm, lai palielinātu tā šķīdību, un izrādījās, ka zāles kļūst daudz šķīstošākas un efektīvākas.

Tādu pašu šķīdības un bioloģiskās pieejamības uzlabošanas efektu panāca ar humuskābju un β-karotīna, A vitamīna priekšteča, kompleksiem.

- Medicīnā

Humīnskābes ir spēcīgi sabiedrotie dažādu slimību ārstēšanā.

Pret dažiem vīrusiem

Citā starpā ir novērota humuskābju pretvīrusu aktivitāte pret citomegalovīrusu un cilvēka imūndeficīta vīrusiem HIV-1 un HIV-2.

Humīnskābes molekulas var kavēt vīrusa replikāciju, saistot to negatīvo lādiņu sārmainā vidē ar noteiktām vīrusa katjonu vietām, kas ir nepieciešamas vīrusa saistībai ar šūnas virsmu.

Pret vēzi

Ir konstatēts, ka humīnskābēm ir kancerogēno bojājumu dziedinošās īpašības. Tas tiek attiecināts uz hinonu klātbūtni tā struktūrā.

Hinona struktūra, grupa, kas atrodas dažu humuskābju molekulās. Autors: Marilú Stea.

Hinoni rada reaktīvās skābekļa sugas, kas rada oksidatīvo stresu un inducē vēža šūnas apoptozi, pateicoties to DNS fragmentācijai.

Pret mutaģenēzi

Humīnskābes ir mutaģenēzes inhibitori šūnā un ārpus tās. Mutaģenēze ir stabila izmaiņas šūnas ģenētiskajā materiālā, ko var pārnest uz meitas šūnām.

Ir konstatēts, ka spēja inhibēt mutaģenēzi atšķiras ar humīnskābju sastāvu un to koncentrāciju.

No otras puses, tiem ir desmutagēna iedarbība uz tādām mutagēnām vielām kā benzopirēns (dažos pārtikas produktos esošais poliaromātiskais ogļūdeņradis), 2-nitrofluorēns (sadegšanas poliaromātiskais ogļūdeņraža produkts) un 2-aminoantracēns.

Benzopirēna mutagēna iedarbība uz DNS. Autors Ričards Rīlers (Zephyris), 2007. Transmisīvi atvērta (10S) -dA addukta šķīduma struktūra - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihidroksi-9,10-epoksi-7,8 , 9,10-tetrahidrobenzopirēns dupleksā DNS. Izgatavots no {{PDB-1JDG}}. == licencēšana == {{GFDL-. Avots: Wikimedia Commons.

Šīs iedarbības mehānisms ir mutagēna adsorbcija, kurai visefektīvākās ir humuskābes ar lielākām struktūrām. Mutagēnu adsorbē humuskābe un zaudē savu mutagēno aktivitāti.

Tiek uzskatīts, ka tas var būt svarīgi aizsardzībai pret kanceroģenēzi.

- Kosmētikas nozarē

Sakarā ar spēju absorbēt UV un redzamos starus, humīnskābes ir ierosinātas lietošanai saules blokatoros, krēmos ar novecošanos un ādas kopšanas līdzekļos.

Tos var izmantot arī kā konservantus kosmētikas līdzekļos.

- Pārtikas rūpniecībā

Sakarā ar antioksidanta īpašībām ir ieteikts to izmantot kā pārtikas konservantus un kā uztura bagātinātājus.

Atsauces

1. Gomes de Melo, BA et al. (2016). Humīnskābes: Strukturālās īpašības un daudzfunkcionalitāte jauniem tehnoloģiskiem sasniegumiem. Materiālzinātne un inženierija C 62 (2016) 967-974. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
2. Wei, S. et al. (2018). Multiorigīnu humuskābju fungistatiskā aktivitāte saistībā ar to ķīmisko struktūru. Lauksaimniecības un pārtikas ķīmijas žurnāls 2018, 66, 28, 7514-7521. Atgūts no pubs.acs.org.
3. Kerndorff, H. un Schnitzer, M. (1980). Metālu sorbcija uz humīnskābi. Geochimica et Cosmochimica Acta Vol. 44, 1701.-1708.lpp. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
4. Sato, T. et al. (1987). Humuskābes desmutagēnās iedarbības mehānisms. Mutation Research, 176 (1987) 199-204. Atgūts no vietnes sciencedirect.com.
5. Čengs, M.-L. un citi. (2003). Humīnskābe cilvēka primārajos fibroblastos izraisa oksidatīvus DNS bojājumus, augšanas aizkavēšanos un apoptozi. Exp Biol Med (Maywood) 2003. gada aprīlis; 228 (4): 413–23. Atgūts no ncbi.nlm.nih.gov.
6. Li, M. et al. (2019. gads). Organiskā oglekļa sekvestrācija augsnes humiskajās vielās, ko ietekmē dažādu slāpekļa mēslojumu iestrāde dārzeņu rotācijas labības sistēmā. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2019, 67, 11, 3106-3113. Atgūts no pubs.acs.org.