HUMINSÄURE: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, PRODUKTION, VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Huminsäure ist der generische Name einer Familie organischer Verbindungen, die Teil von Huminsubstanzen sind. Sie haben verschiedene funktionelle Gruppen, einschließlich Carboxyl-, Phenol-, zuckerähnliche Ringe, Chinone und Aminosäurederivate.

Huminsubstanzen, zu denen Huminsäuren gehören, werden in Böden, natürlichen Gewässern und Sedimenten verteilt, da sie das Ergebnis der Zersetzung von pflanzlichen, tierischen und natürlichen Abfällen sind.

Organisches Material, das sich in Substanzen wie Huminsäuren verwandelt. Verfasser: Pisauikan. Quelle: Pixabay.

Huminsäuren sind Teil des Humus und können das Pflanzenwachstum und die Ernährung verbessern, da die Nährstoffe länger im Boden verbleiben, so dass sie den Pflanzen zur Verfügung stehen.

Sie sind amphiphile Verbindungen, das heißt, sie haben Teile, die mit Wasser verwandt sind, und Teile, die Wasser abweisen, alle innerhalb desselben Moleküls.

Aufgrund ihrer OH- und COOH-Gruppen können sie mit Metallionen oder Kationen Komplexe bilden.

Dank ihrer Kohlenwasserstoffketten oder aromatischen Anteile können sie polycyclische aromatische Moleküle, die toxisch sind, solubilisieren und in sich selbst einschließen. Darüber hinaus können sie in der Krebsmedizin und bei der Herstellung wirksamerer Arzneimittel eingesetzt werden.

Struktur

Huminsäuren enthalten verschiedene funktionelle Gruppen, deren Mengen von der geografischen Herkunft der Huminsäure, dem Alter, den Umwelt- und biologischen Bedingungen und dem Klima abhängen, in dem das Molekül hergestellt wurde. Aus diesem Grund ist seine genaue Charakterisierung schwierig geworden.

Seine Hauptfunktionsgruppen sind Phenol, Carbonsäure, Enol, Chinon, Ether, Zucker und Peptide.

Die funktionellen Gruppen, die ihm seine Haupteigenschaften verleihen, sind Phenol-, Carbonsäure- und Chinongruppen.

Die große Struktur einer Huminsäure besteht aus hydrophilen Teilen, die durch -OH-Gruppen gebildet werden, und hydrophoben Teilen, die aus aliphatischen Ketten und aromatischen Ringen bestehen.

Beispiel eines Huminsäuremoleküls, bei dem die phenolischen -OH-Gruppen, -COOH, Chinon, Zuckerreste und Peptide (-NH) beobachtet werden können. Yikrazuul. Quelle: Wikimedia Commons.

Nomenklatur

- Huminsäuren.

- HA oder HAs (Huminsäuren).

Eigenschaften

Körperlicher Status

Amorphe Feststoffe.

Molekulargewicht

Ihre Molekulargewichte reichen von 2,0 bis 1300 kDa.

Ein Da oder Dalton ist 1,66 x 10 ^-24 Gramm wert .

Löslichkeit

Huminsäuren sind der Anteil an Huminsubstanzen, der in alkalischem wässrigem Medium löslich ist. Sie sind teilweise wasserlöslich. Unlöslich in saurem Medium.

Seine Auflösung in Wasser ist komplex, da Huminsäuren keine einzelne Komponente, sondern eine Mischung von Komponenten sind, von denen nur einige wasserlöslich sind.

Seine Löslichkeit kann abhängig von seiner Zusammensetzung, dem pH-Wert und der Ionenstärke des Lösungsmittels variieren.

Chemische und biologische Eigenschaften

Huminsäuremoleküle haben im Allgemeinen einen hydrophilen oder wasserbezogenen Teil und einen hydrophoben Teil, der Wasser zurückweist. Deshalb sollen sie amphiphil sein.

Aufgrund ihrer amphiphilen Natur bilden Huminsäuren in einem neutralen oder sauren Medium ähnliche Strukturen wie Mizellen, sogenannte Pseudomizellen.

Es sind schwache Säuren, die durch Phenol- und Carboxylgruppen verursacht werden.

Die Gruppen vom Chinontyp sind für die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies verantwortlich, da sie zu Semichinonen und dann zu Hydrochinonen reduziert werden, die sehr stabil sind.

Das Vorhandensein von Phenol- und Carbonsäuregruppen in Huminsäuremolekülen gibt ihnen die Möglichkeit, das Pflanzenwachstum und die Ernährung zu verbessern. Solche Gruppen können auch die Komplexierung mit Schwermetallen fördern. Und sie erklären auch seine antivirale und entzündungshemmende Wirkung.

Andererseits hängt das Vorhandensein der Chinon-, Phenol- und Carboxylgruppen mit ihren antioxidativen, fungiziden, bakteriziden und antimutagenen oder demutagenen Fähigkeiten zusammen.

Verhalten in wässrigem Medium nach pH

In einem alkalischen Medium erleiden die Carbonsäure- und Phenolgruppen den Verlust von H ⁺ -Protonen , wodurch das Molekül in jeder dieser Gruppen negativ geladen bleibt.

Aufgrund dessen werden negative Ladungen abgestoßen und das Molekül dehnt sich aus.

Wenn der pH-Wert abnimmt, werden die Phenol- und Carboxylgruppen wieder protoniert und die Abstoßungseffekte hören auf, wodurch das Molekül eine kompakte Struktur annimmt, ähnlich der von Mizellen.

In diesem Fall wird versucht, die hydrophoben Teile innerhalb des Moleküls zu lokalisieren, und die hydrophilen Teile stehen in Kontakt mit dem wässrigen Medium. Diese Strukturen sollen Pseudomizellen sein.

Aufgrund dieses Verhaltens wird angegeben, dass Huminsäuren Waschmitteleigenschaften aufweisen.

Darüber hinaus bilden sie intramolekulare Aggregate (innerhalb ihres eigenen Moleküls), gefolgt von intermolekularer Aggregation (zwischen verschiedenen Molekülen) und Ausfällung.

Solubilisierung großer unpolarer Moleküle

Huminsäuren können polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe solubilisieren, die toxisch und krebserregend sind und in Wasser relativ unlöslich sind.

Diese Kohlenwasserstoffe werden im hydrophoben Herzen der Pseudomizellen von Huminsäuren solubilisiert.

Komplexbildung mit Metallkationen

Huminsäuren interagieren mit Metallionen in einer alkalischen Umgebung, in der Kationen oder positive Ionen die negativen Ladungen des Huminsäuremoleküls neutralisieren.

Je höher die Ladung des Kations ist, desto größer ist seine Wirksamkeit bei der Bildung von Pseudomizellen. Die Kationen befinden sich an thermodynamisch bevorzugten Stellen in der Struktur.

Dieser Prozess erzeugt Huminsäure-Metall-Komplexe, die eine Kugelform annehmen.

Diese Wechselwirkung hängt vom Metall und von der Herkunft, dem Molekulargewicht und der Konzentration der Huminsäure ab.

Erhalten

Huminsäuren können aus organischen Stoffen im Boden gewonnen werden. Die Strukturen der verschiedenen Huminsäuremoleküle variieren jedoch je nach Standort des Bodens, Alter und klimatischen Bedingungen.

Es gibt verschiedene Methoden, um zu erhalten. Eine davon wird unten beschrieben.

Der Boden wird mit einer wässrigen Lösung von 0,5 N NaOH (0,5 Äquivalente pro Liter) unter einer Stickstoffatmosphäre 24 Stunden lang bei Raumtemperatur behandelt. Das Ganze wird gefiltert.

Der alkalische Extrakt wird mit 2 N HCl auf pH 2 angesäuert und 24 Stunden bei Raumtemperatur stehen gelassen. Das koagulierte Material (Huminsäuren) wird durch Zentrifugation vom Überstand abgetrennt.

Anwendungen

- In der Landwirtschaft

Die Verwendung von Huminsäuren in der Landwirtschaft ist seit Beginn der landwirtschaftlichen Tätigkeit praktisch bekannt, da sie Teil des Humus sind.

Humusreicher Boden, daher reich an Huminsäuren, gut für den Anbau von Pflanzen. Verfasser: Markus Baumeler. Quelle: Pixabay.

Huminsäuren verbessern das Wachstum und die Ernährung von Pflanzen. Sie wirken auch als Bodenbakterizide und Fungizide und schützen Pflanzen. Huminsäuren hemmen phytopathogene Pilze und einige ihrer funktionellen Gruppen wurden mit dieser Aktivität korreliert.

Pflanze, die mit dem Pilz Alternaria solani infiziert ist und mit Huminsäuren bekämpft werden kann. AfroBrazilian. Quelle: Wikimedia Commons.

Das Vorhandensein von Schwefel (S) - und C = O-Carbonylgruppen im Huminsäuremolekül begünstigt die fungistatische Aktivität. Im Gegenteil, ein hoher Gehalt an Sauerstoff, aromatischen CO-Gruppen und bestimmten Kohlenstoffatomen, die zu Zuckern gehören, hemmt die fungistatische Kraft von Huminsäure.

Kürzlich (2019) wurde die Auswirkung der Anwendung von Stickstoffdüngern mit langsamer Freisetzung auf die Stabilisierung der in Böden vorhandenen Huminsäuren und deren Einfluss auf Nutzpflanzen untersucht.

Es wurde festgestellt, dass der mit Biokohlenstoff beschichtete Harnstoff die Struktur und Stabilität der im Boden vorhandenen Huminsäuren verbessert, die Rückhaltung von Stickstoff und Kohlenstoff im Boden begünstigt und den Ernteertrag verbessert.

- Zur Sanierung der Umweltverschmutzung

Aufgrund seiner Fähigkeit, Pseudomizellen in einem neutralen oder sauren Medium zu bilden, wird seine Nützlichkeit bei der Entfernung von Verunreinigungen aus Abwasser und Böden seit vielen Jahren untersucht.

Metalle sind einer der Schadstoffe, die durch Huminsäuren entfernt werden können.

Einige Studien zeigen, dass die Metallsorptionseffizienz von Huminsäuren in wässriger Lösung mit zunehmendem pH-Wert und Huminsäurekonzentration sowie mit abnehmender Metallkonzentration tendenziell zunimmt.

Es wurde auch festgestellt, dass Metallionen um die aktiven Stellen des Huminsäuremoleküls konkurrieren, bei denen es sich im Allgemeinen um die Phenol-COOH- und -OH-Gruppen handelt.

- In der pharmazeutischen Industrie

Es hat sich als nützlich erwiesen, um die Wasserlöslichkeit von hydrophoben Arzneimitteln zu erhöhen.

Es wurden mit Huminsäuren beschichtete Silber (Ag) -Nanopartikel hergestellt, die mindestens ein Jahr lang stabil blieben.

Diese Nanopartikel aus Silber und Huminsäure haben zusammen mit ihren antibakteriellen Eigenschaften ein hohes Potenzial für die Herstellung von Arzneimitteln.

Ebenso wurde versucht, Komplexe von Carbamazepin, einem Antiepileptikum, mit Huminsäuren zu verwenden, um seine Löslichkeit zu erhöhen, und es hat sich herausgestellt, dass das Arzneimittel viel löslicher und wirksamer wird.

Der gleiche Effekt der Verbesserung der Löslichkeit und Bioverfügbarkeit wurde mit Komplexen aus Huminsäuren und β-Carotin, einem Vorläufer von Vitamin A, erzielt.

- In Behandlung

Huminsäuren sind starke Verbündete bei der Behandlung verschiedener Krankheiten.

Gegen einige Viren

Eine antivirale Aktivität von Huminsäuren wurde unter anderem gegen das Cytomegalievirus und die humanen Immundefizienzviren HIV-1 und HIV-2 beobachtet.

Huminsäuremoleküle können die Virusreplikation hemmen, indem sie ihre negative Ladung in alkalischem Medium an bestimmte kationische Stellen des Virus binden, die erforderlich sind, damit das Virus an die Zelloberfläche bindet.

Gegen Krebs

Es wurde festgestellt, dass Huminsäuren krebserzeugende heilende Eigenschaften von Läsionen ausüben. Dies wird auf das Vorhandensein von Chinonen in seiner Struktur zurückgeführt.

Struktur eines Chinons, einer Gruppe, die in den Molekülen einiger Huminsäuren vorhanden ist. Verfasser: Marilú Stea.

Chinone erzeugen reaktive Sauerstoffspezies, die oxidativen Stress erzeugen und durch Fragmentierung ihrer DNA die Apoptose von Krebszellen induzieren.

Gegen Mutagenese

Huminsäuren sind Inhibitoren der Mutagenese innerhalb und außerhalb der Zelle. Mutagenese ist die stabile Veränderung des genetischen Materials einer Zelle, die auf Tochterzellen übertragen werden kann.

Es wurde festgestellt, dass die Fähigkeit zur Hemmung der Mutagenese mit der Zusammensetzung der Huminsäuren und ihrer Konzentration variiert.

Andererseits üben sie eine desmutagene Wirkung auf mutagene Substanzen wie Benzopyren (in einigen Lebensmitteln vorhandener polyaromatischer Kohlenwasserstoff), 2-Nitrofluoren (polyaromatisches Kohlenwasserstoffprodukt der Verbrennung) und 2-Aminoanthracen aus.

Mutagene Wirkung von Benzopyren auf die DNA. Von Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Lösungsstruktur eines trans-geöffneten (10S) -dA-Addukts von +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-Dihydroxy-9,10-epoxy-7,8 9,10-Tetrahydrobenzopyren in einer Duplex-DNA. Produziert aus {{PDB-1JDG}}. == Lizenzierung == {{GFDL-. Quelle: Wikimedia Commons.

Der Mechanismus dieses Effekts liegt in der Adsorption von Mutagen, für das Huminsäuren mit größeren Strukturen am effektivsten sind. Das Mutagen wird von Huminsäure adsorbiert und verliert seine mutagene Aktivität.

Es wird angenommen, dass dies für den Schutz vor Karzinogenese wichtig sein kann.

- In der Kosmetikindustrie

Aufgrund ihrer Fähigkeit, UV- und sichtbare Strahlen zu absorbieren, wurden Huminsäuren zur Verwendung in Sonnenschutzmitteln, Anti-Aging-Cremes und Hautpflegeprodukten vorgeschlagen.

Sie können auch als Konservierungsmittel in kosmetischen Produkten verwendet werden.

- In der Lebensmittelindustrie

Aufgrund seiner antioxidativen Eigenschaften wurde seine Verwendung als Lebensmittelkonservierungsmittel und als Nahrungsergänzungsmittel vorgeschlagen.

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