ACIDUL HUMIC: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, PRODUCȚIE, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Acidul humic este denumirea generică a unei familii de compuși organici care fac parte din substanțele humice. Au diverse grupe funcționale, incluzând carboxilici, fenolici, inele asemănătoare zahărului, chinone și derivați de aminoacizi

Substanțele umice, din care fac parte acizii humici, sunt distribuite în soluri, ape naturale și sedimente, deoarece sunt rezultatul descompunerii deșeurilor vegetale, animale și naturale.

Material organic care se va transforma în substanțe precum acizii humici. Autor: Pisauikan. Sursa: Pixabay.

Acizii umici fac parte din humus și au capacitatea de a îmbunătăți creșterea și nutriția plantelor, deoarece permit conservarea substanțelor nutritive mai mult timp în sol, astfel încât acestea să fie disponibile pentru plante.

Sunt compuși amfifili, adică au părți legate de apă și părți care resping apa, toate din aceeași moleculă.

Datorită grupurilor lor –OH și –COOH, ele pot forma complexe cu ioni metalici sau cationi.

Datorită lanțurilor de hidrocarburi sau porțiunilor lor aromatice, ele pot solubiliza și bloca în ele molecule aromatice policiclice care sunt toxice. În plus, aceștia au o potențială utilizare în medicina pentru cancer și în prepararea unor produse farmaceutice mai eficiente.

Structura

Acizii umici conțin diferite grupe funcționale ale căror cantități depind de originea geografică a acidului humic, vârsta, condițiile de mediu și biologice și clima în care a fost produsă molecula. Din acest motiv, caracterizarea sa precisă a devenit dificilă.

Principalele sale grupe funcționale sunt fenolice, carboxilice, enolice, chinone, eter, zaharuri și peptide.

Grupele funcționale care îi conferă principalele sale caracteristici sunt grupările fenolice, carboxilice și chinone.

Marea structură a acidului humic este compusă din porțiuni hidrofile formate din grupuri -OH și porțiuni hidrofobe constând din lanțuri alifatice și inele aromatice.

Exemplu de moleculă de acid humic, unde pot fi observate grupele fenolice -OH, -COOH, chinona, reziduuri de zahăr și peptide (-NH). Yikrazuul. Sursa: Wikimedia Commons.

Nomenclatură

- Acizi umici.

- HA sau HAs (Humic Acids).

Proprietăți

Stare fizică

Solidele amorfe.

Greutate moleculară

Greutățile lor moleculare variază între 2,0 și 1300 kDa.

Un Da sau Dalton valorează 1,66 x 10 ^-24 grame.

Solubilitate

Acizii umici sunt fracția de substanțe humice care este solubilă în mediu apos alcalin. Sunt parțial solubile în apă. Insolubil în mediu acid.

Dizolvarea sa în apă este complexă, deoarece acizii humici nu sunt o componentă individuală, ci un amestec de componente, unde doar unii dintre ei sunt solubili în apă.

Solubilitatea sa poate varia în funcție de compoziția sa, de pH și de puterea ionică a solventului.

Proprietăți chimice și biologice

Moleculele de acid humic au, în general, o parte hidrofilă, sau legată de apă și o parte hidrofobă, care respinge apa. De aceea, se spune că sunt amfifile.

Datorită naturii amfifile, acizii humici formează, într-un mediu neutru sau acid, structuri similare cu cele ale micelelor, numite pseudo-micelele.

Sunt acizi slabi, care este cauzat de grupări fenolice și carboxilice.

Grupele de tip quinone sunt responsabile de formarea speciilor reactive de oxigen, deoarece acestea sunt reduse la semiquinone și apoi la hidrochinone, care sunt foarte stabile.

Prezența grupelor fenolice și carboxilice în moleculele de acid humic le oferă capacitatea de a îmbunătăți creșterea și nutriția plantelor. Astfel de grupuri pot promova, de asemenea, complexarea cu metale grele. Și explică, de asemenea, activitatea sa antivirală și antiinflamatoare.

Pe de altă parte, prezența grupărilor chinone, fenol și carboxilice este legată de capacitățile lor antioxidante, fungicide, bactericide și antimutagenice sau demutagenice.

Comportament în mediu apos în funcție de pH

Într-un mediu alcalin, grupările carboxilice și fenolice suferă pierderea protonilor H ⁺ , ceea ce lasă molecula încărcată negativ în fiecare dintre aceste grupuri.

Din această cauză, încărcările negative sunt respinse și molecula se întinde.

Pe măsură ce pH-ul scade, grupele fenolice și carboxilice sunt din nou protonate și efectele de repulsie încetează, determinând molecula să adopte o structură compactă, similară cu cea a micelelor.

În acest caz, porțiunile hidrofobe sunt încercate să localizeze în interiorul moleculei, iar porțiunile hidrofile sunt în contact cu mediul apos. Se spune că aceste structuri sunt pseudo-micelele.

Datorită acestui comportament, se afirmă că acizii humici au caracteristici de detergență.

Mai mult, ele formează agregate intramoleculare (în cadrul propriei molecule), urmate de agregarea intermoleculară (între diferite molecule) și precipitații.

Solubilizarea moleculelor mari nepolare

Acizii umici pot solubiliza hidrocarburi aromatice policiclice, toxice și cancerigene și relativ insolubile în apă.

Aceste hidrocarburi sunt solubilizate în inima hidrofobă a pseudo-micelelor acizilor humici.

Formarea complexă cu cationi metalici

Acizii umici interacționează cu ionii metalici într-un mediu alcalin unde cationii sau ionii pozitivi acționează pentru a neutraliza sarcinile negative ale moleculei de acid humic.

Cu cât este mai mare încărcarea cationului, cu atât este mai mare eficacitatea acestuia în formarea pseudo-micelelor. Cationii sunt localizați în locații preferate termodinamic din structură.

Acest proces generează complexe de acid humic-metal care capătă o formă sferică.

Această interacțiune depinde de metal și de originea, greutatea moleculară și concentrația acidului humic.

Obținerea

Acizii umici pot fi obținuți din materie organică din sol. Cu toate acestea, structurile diferitelor molecule de acid humic variază în funcție de locația solului, vârsta acestuia și condițiile climatice.

Există mai multe metode de obținere. Unul dintre acestea este descris mai jos.

Solul este tratat cu o soluție apoasă de 0,5 N NaOH (0,5 echivalenți pe litru) în atmosferă de azot timp de 24 de ore la temperatura camerei. Întregul este filtrat.

Extractul alcalin se acidulează cu HCI 2N la pH 2 și se lasă să stea 24 de ore la temperatura camerei. Materialul coagulat (acizii humici) este separat de supernatant prin centrifugare.

Aplicații

- În agricultură

Utilizarea acizilor humici în agricultură este cunoscută practic de la începutul activității agricole, deoarece fac parte din humus.

Solul bogat în humus, deci bogat în acizi humici, bun pentru plantele în creștere. Autor: Markus Baumeler. Sursa: Pixabay.

Acizii umici îmbunătățesc creșterea și nutriția plantelor. De asemenea, acționează ca bactericide și fungicide pentru sol, protejând plantele. Acizii umici inhibă ciupercile fitopatogene și unele dintre grupurile lor funcționale au fost corelate cu această activitate.

Plantă infectată de ciuperca Alternaria solani care poate fi luptată cu acizi humici. AfroBrazilian. Sursa: Wikimedia Commons.

Prezența sulfului (S) și a grupelor carbonilice C = O în molecula acidului humic favorizează activitatea fungistatică. Dimpotrivă, un conținut ridicat de oxigen, grupări de CO aromatice și anumiți atomi de carbon aparținând zaharurilor inhibă forța fungistatică a acidului humic.

Recent (2019), a fost studiat efectul aplicării îngrășămintelor cu azot cu eliberare lentă în stabilizarea acizilor humici prezenți în soluri și influența lor asupra culturilor.

S-a constatat că urea acoperită cu biocarbon îmbunătățește structura și stabilitatea acizilor humici prezenți în sol, favorizând reținerea de azot și carbon de către sol și îmbunătățind randamentul culturilor.

- În remedierea poluării

Datorită capacității sale de a forma pseudo-micelele într-un mediu neutru sau acid, utilitatea sa în eliminarea contaminanților din apele uzate și din soluri a fost explorată de mulți ani.

Metalele sunt unul dintre poluanții care pot fi îndepărtați de acizii humici.

Unele studii arată că eficiența de absorbție a metalului acizilor humici în soluție apoasă tinde să crească odată cu creșterea pH-ului și a concentrației de acid humic și cu scăderea concentrației metalice.

S-a stabilit, de asemenea, că ionii de metal concurează pentru situsurile active ale moleculei de acid humic, care sunt în general grupele fenolice –COOH și –OH din ea.

- În industria farmaceutică

S-a dovedit utilă în creșterea solubilității în apă a medicamentelor hidrofobe.

Au fost preparate nanoparticule de argint (Ag) acoperite cu acizi humici, care au reușit să rămână stabile timp de cel puțin un an.

Aceste nanoparticule de argint și acid humic, împreună cu proprietățile antibacteriene ale acestora din urmă, au un potențial ridicat pentru prepararea medicamentelor.

La fel, s-a încercat complexe de carbamazepină, un medicament antiepileptic, cu acizi humici, care îi crește solubilitatea și s-a dovedit că medicamentul devine mult mai solubil și mai eficient.

Același efect de îmbunătățire a solubilității și biodisponibilității a fost obținut cu complexe de acizi humici și β-caroten, un precursor al vitaminei A.

- În medicină

Acizii umici sunt aliați puternici în tratamentul diferitelor boli.

Împotriva unor virusuri

Activitatea antivirală a acizilor humici a fost observată împotriva citomegalovirusului și a virusurilor imunodeficienței umane HIV-1 și HIV-2, printre altele.

Moleculele de acid humic pot inhiba replicarea virusului prin legarea încărcăturii lor negative în mediul alcalin la anumite site-uri cationice ale virusului, care sunt necesare pentru ca virusul să se lege de suprafața celulei.

Împotriva cancerului

S-a constatat că acizii umici exercită proprietăți cancerigene pentru vindecarea leziunilor. Acest lucru este atribuit prezenței chinonelor în structura sa.

Structura unei chinone, un grup prezent în moleculele unor acizi humici. Autor: Marilú Stea.

Quinonele generează specii reactive de oxigen care produc stres oxidativ și induc apoptoza celulelor canceroase prin fragmentarea ADN-ului lor.

Împotriva mutagenezei

Acizii umici sunt inhibitori ai mutagenezei în interiorul și în afara celulei. Mutageneza este modificarea stabilă a materialului genetic al unei celule care poate fi transmisă celulelor fiice.

S-a constatat că abilitatea de a inhiba mutageneza variază în funcție de compoziția acizilor humici și concentrația acestora.

Pe de altă parte, ele exercită un efect desmutagen asupra substanțelor mutagene, cum ar fi benzopirenul (hidrocarbura poliaromatică prezentă în unele alimente), 2-nitrofluorenul (produsul de combustie al policaromaticului) și 2-aminoantracenul.

Efectul mutagen al benzopirenului asupra ADN-ului. De Richard Wheeler (Zephyris) 2007. Structura soluției unui aduct trans-deschis (10S) -dA de +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihidroxi-9,10-epoxi-7,8 , 9,10-tetrahidrobenzopirol într-un ADN duplex. Produs din {{PDB-1JDG}}. == Licențiere == {{GFDL-. Sursa: Wikimedia Commons.

Mecanismul acestui efect rezidă în adsorbția mutagenului, pentru care acizii humici cu structuri mai mari sunt cei mai eficienți. Mutagenul este adsorbit de acidul humic și își pierde activitatea mutagenă.

Se crede că acest lucru poate fi important pentru protecția împotriva carcinogenezei.

- În industria cosmetică

Datorită capacității lor de a absorbi razele UV și vizibile, acizii humici au fost propuși pentru utilizare în blocanții solari, creme anti-îmbătrânire și produse pentru îngrijirea pielii.

De asemenea, pot fi folosiți ca conservanți în produsele cosmetice.

- În industria alimentară

Datorită proprietăților sale antioxidante, a fost sugerată utilizarea sa ca conservanți alimentari și ca suplimente nutritive.

Referințe

1. Gomes de Melo, BA și colab. (2016). Acizi humici: proprietăți structurale și funcționalități multiple pentru noi dezvoltări tehnologice. Știința și Ingineria Materialelor C 62 (2016) 967-974. Recuperat de la sciencedirect.com.
2. Wei, S. și colab. (2018). Activitatea fungică a acizilor humici multiorigini în legătură cu structura chimică a acestora. Jurnalul de chimie agricolă și alimentară 2018, 66, 28, 7514-7521. Recuperat din pubs.acs.org.
3. Kerndorff, H. și Schnitzer, M. (1980). Sorbirea metalelor pe acidul humic. Geochimica et Cosmochimica Acta Vol 44, p. 1701-1708. Recuperat de la sciencedirect.com.
4. Sato, T. și colab. (1987). Mecanismul efectului desmutagenic al acidului humic. Cercetarea mutațiilor, 176 (1987) 199-204. Recuperat de la sciencedirect.com.
5. Cheng, M.-L. și colab. (2003). Acidul humic induce leziuni ale ADN-ului oxidativ, retardul creșterii și apoptoza în fibroblastele primare umane. Exp Biol Med (Maywood) 2003 Apr; 228 (4): 413-23. Recuperat din ncbi.nlm.nih.gov.
6. Li, M. și colab. (2019). Secventarea carbonică organică a substanțelor humice din sol, afectată de aplicarea diferiților îngrășăminte cu azot într-un sistem de tăiere cu rotire a legumelor. Jurnalul de chimie agricolă și alimentară, 2019, 67, 11, 3106-3113. Recuperat din pubs.acs.org.