Struttura dell'acido umico, proprietà, ottenimento, usi

Acido umico È il nome generico di una famiglia di composti organici che fanno parte delle sostanze umiche. Hanno vari gruppi funzionali, tra cui possono essere menzionati i derivati ​​carbossilici, fenolici, zuccheri, chinonas e aminoacidi.

Sostanze umiche, di cui sono parte degli acidi umici, sono distribuite in terreni, acque naturali e sedimenti, in quanto sono il risultato della decomposizione di rifiuti vegetali, animali e naturali.

Materiale organico che diventerà sostanze come gli acidi umici. Autore: Pisauikan. Fonte: Pixabay.

Gli acidi bagnati fanno parte dell'humus e hanno la capacità di migliorare la crescita delle piante e la loro alimentazione, poiché consentono di trattenere i nutrienti più a lungo nel terreno in modo che siano disponibili per le piante.

Sono composti anfifillici, cioè hanno parti correlate all'acqua e porzioni che rifiutano l'acqua, il tutto all'interno della stessa molecola.

Per i loro gruppi -oh e -cooh possono formare complessi con ioni metallici o cationi.

Grazie alle loro catene di idrocarburi o porzioni aromatiche possono solubilizzare e racchiudere molecole aromatiche policicliche che sono tossiche. Inoltre, hanno un potenziale uso nella medicina del cancro e nella preparazione di prodotti farmaceutici più efficaci.

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Struttura

Gli acidi bagnati contengono diversi gruppi funzionali le cui quantità dipendono dall'origine geografica dell'acido umico, dell'età, delle condizioni ambientali e biologiche e del clima in cui si è verificata la molecola. Per questo motivo, la sua caratterizzazione precisa è diventata difficile.

I suoi principali gruppi funzionali sono fenolici, carbossilici, enolici, chinone, etere, zuccheri e peptidi.

I gruppi funzionali che gli danno le loro caratteristiche principali sono i gruppi fenolici, carbossilici e chinonas.

La grande struttura di un acido umico è costituita da porzioni idrofile formate da gruppi -OH e porzioni idrofobiche costituite da catene alifatiche e anelli aromatici.

Esempio di molecola di un acido umico, in cui puoi vedere i gruppi -oh fenolico, -coh, chinone, resti di zuccheri e peptidi (-nh). Yikrazuul [dominio pubblico]. Fonte: Wikimedia Commons.

Nomenclatura

- Acidi umici.

- Ha o avere (acronimo per l'inglese Acidi umici).

Proprietà

Stato fisico

Solidi amorfi.

Peso molecolare

I suoi pesi molecolari vanno da 2,0 a 1300 kDa.

Un DA o Dalton vale 1,66 x 10^-24 grammi.

Solubilità

Gli acidi bagnati sono la frazione di sostanze umiche che sono solubili nel mezzo acquoso alcalino. Sono parzialmente solubili in acqua. Insolubile in mezzo acido.

La sua dissoluzione dell'acqua è complessa perché gli acidi umici non sono un singolo componente ma una miscela di componenti, in cui solo alcuni di essi sono solubili in acqua.

La sua solubilità può variare a seconda della sua composizione, del pH e della forza ionica del solvente.

Proprietà chimiche e biologiche

Le molecole di acidi umici hanno generalmente una parte idrofila, o correlate all'acqua e una parte idrofobica, che rifiuta l'acqua. Pertanto si dice che siano anfifilici.

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A causa del suo carattere anfifillico, si formano acidi umici, in un ambiente neutro o acido, strutture simili a quelle delle micelle, chiamate pseudo-mys.

Sono acidi deboli, che sono causati da gruppi fenolici e carbossilici.

I gruppi di tipo Quinona sono responsabili della formazione di specie reattive dell'ossigeno, in quanto sono ridotti a semi -half e quindi agli idrochinoni molto stabili.

La presenza di gruppi fenolici e carbossilici nelle molecole dell'acido umico conferisce loro la capacità di migliorare la crescita delle piante e la loro alimentazione. Tali gruppi possono anche favorire la formazione di complessi con metalli pesanti. E spiegano anche la loro attività antivirale e antinfiammatoria.

D'altra parte, la presenza dei gruppi di chinone, fenolo e carbossilico è correlata alle loro capacità antiossidanti, fungicide, battericida e antimingogenza o demutagenica.

Comportamento nel mezzo acquoso secondo il pH

Nel mezzo alcalino, i gruppi carbossilici e fenolici subiscono la perdita di protoni H⁺, Ciò che la molecola lascia negativamente in ciascuno di quei gruppi.

Per questo motivo, si verifica la repulsione delle cariche negative e la molecola si estende.

Diminuendo i gruppi di pH, fenolici e carbossilici sono di nuovo protonati e gli effetti della repulsione cessano, facendo sì che la molecola adotti una struttura compatta, simile a quella di Mycles.

In questo caso, le porzioni idrofobiche riguardano il posizionamento all'interno della molecola e le porzioni idrofile sono in contatto con l'ambiente acquoso. Si dice che queste strutture siano pseudo-mys.

Questo comportamento afferma che gli acidi umici hanno caratteristiche di determinazione.

Inoltre, formano aggregati intramolecolari (all'interno della propria molecola), seguiti da aggregazione intermolecolare (tra molecole diverse) e precipitazioni.

Solubilizzazione di grandi molecole non polari

Gli acidi bagnati possono solubilizzare idrocarburi aromatici policiclici che sono tossici e cancerogeni e relativamente insolubili in acqua.

Questi idrocarburi sono solubilizzati nel cuore idrofobico degli pseudo-psichelli degli acidi umici.

Formazione di complessi con cationi metallici

Gli acidi bagnati interagiscono con ioni metallici nel mezzo alcalino in cui cationi o ioni positivi agiscono neutralizzando i carichi negativi della molecola di acido umico.

Maggiore è il carico cationico, maggiore è la sua efficacia di formare pseudo-micela. I cationi si trovano in luoghi termodinamicamente preferiti nella struttura.

Questo processo genera complessi di acido-metallo umico che acquisiscono una forma sferica.

Questa interazione dipende dal metallo e dall'origine, dal peso molecolare e dalla concentrazione di acido umido.

Ottenimento

Gli acidi bagnati possono essere ottenuti dalla materia organica del suolo. Tuttavia, le strutture delle varie molecole di acidi umici variano in base alla posizione del suolo, alla loro età e condizioni climatiche.

Esistono vari metodi per ottenere. Sotto uno di questi.

È il terreno con una soluzione acquosa di NaOH 0,5 N (0,5 equivalente per litro) in atmosfera di azoto per 24 ore a temperatura ambiente. Il set è filtrato.

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L'estratto alcalino è acidificato con HCl 2 N a un pH 2 e lascia riposare per 24 ore, a temperatura ambiente. Il materiale coagulato (acidi umici) è separato dal surnatante mediante centrifugazione.

Applicazioni

- In agricoltura

L'uso di acidi umici in agricoltura è praticamente noto dall'inizio dell'attività agricola perché fanno parte dell'humus.

Terra ricca di humus, quindi ricca di acidi umici, buono per la coltivazione delle piante. Autore: Markus Baumeler. Fonte: Pixabay.

Gli acidi umici migliorano la crescita delle piante e la nutrizione. Agiscono anche da battericidi del suolo e fungicidi che proteggono le piante. Gli acidi bagnati inibiscono i funghi fitopatogeni e alcuni dei suoi gruppi funzionali con questa attività sono stati correlati.

Pianta infetta con il fungo solani alternaria che può essere combattuto con acidi umici. Afroziliano [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]. Fonte: Wikimedia Commons.

La presenza di zolfo (S) e gruppi carbonilici C = O nella molecola dell'acido umico favorisce l'attività fungistatica. Al contrario, un alto contenuto di ossigeno, gruppi C-O aromatici e alcuni atomi di carbonio appartenenti agli zuccheri inibiscono la forza fungistata dell'acido umico.

Recentemente (2019), l'effetto dell'applicazione di fertilizzanti a azoto a lenta riduzione è stato studiato nella stabilizzazione degli acidi umici presenti nei terreni e della loro influenza sulle colture.

Si è scoperto che l'urea coperta da biocarbon.

- Nella bonifica dell'inquinamento

A causa della sua capacità di formare pseudo-medici in neutro o acido.

I metalli sono alcuni degli inquinanti che possono essere rimossi dagli acidi umici.

Alcuni studi dimostrano che l'efficienza dell'assorbimento dei metalli da parte degli acidi umici in soluzione acquosa tende ad aumentare quando il pH e la concentrazione di acido umico e diminuendo la concentrazione di metallo.

È stato anche determinato che gli ioni metallici competono per i siti attivi della molecola di acido umico, che sono generalmente i gruppi fenolici -cooh e -oh in questo.

- Nell'industria farmaceutica

La sua utilità è stata testata per aumentare la solubilità dell'acqua dei farmaci idrofobici.

Le nanoparticelle d'argento (AG) sono state preparate coperte da acidi umici, che sono riusciti a rimanere stabili per almeno un anno.

Queste nanoparticelle d'argento e acido umico, insieme alle proprietà antibatteriche di quest'ultima, hanno un elevato potenziale per la preparazione dei farmaci.

Allo stesso modo, sono stati testati complessi di carbamazepina, una medicina antiepilettica, con acidi umici per aumentare la sua solubilità, e si è scoperto che il farmaco diventa molto più solubile ed efficace.

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Lo stesso effetto di solubilità e biodisponibilità è stato ottenuto con complessi di acido umico e β-carotene, un precursore della vitamina A.

- In medicina

Gli acidi bagnati sono forti alleati nel trattamento di diverse malattie.

Contro alcuni virus

Attività antivirale di acidi umici contro il citomegalovirus e il virus dell'immunodeficienza umana HIV-1 e HIV-2, tra gli altri.

Le molecole di acidi umici possono inibire la replicazione del virus unendo il suo carico negativo nel mezzo alcalino con alcuni luoghi cationici del virus, che sono necessari affinché il virus si unisca alla superficie della cellula.

Contro il cancro

È stato scoperto che gli acidi bagnati esercitano proprietà curative delle lesioni cancerogene. Ciò è attribuito alla presenza di chinones nella sua struttura.

Struttura di un chinone, un gruppo presente nelle molecole di alcuni acidi umici. Autore: Marilú Stea.

I chinoni generano specie reattive dell'ossigeno che producono stress ossidativo e inducono l'apoptosi delle cellule tumorali attraverso la frammentazione del loro DNA.

Contro la mutagenesi

Gli acidi bagnati sono inibitori della mutagenesi all'interno della cellula e all'esterno di questo. La mutagenesi è l'alterazione stabile del materiale genetico di una cellula che può essere trasmessa alle cellule figlie.

È stato scoperto che la capacità di inibire la mutagenesi varia con la composizione degli acidi umici e la loro concentrazione.

D'altra parte, esercitano un effetto demutagenico su sostanze mutagene come il benzopirene (idrocarburo poliararomatico presente in alcuni alimenti), il 2-nitrofluoreno (prodotto di idrocarburi poliararomatici) e 2-aminoantracene).

Effetto mutagenico del benzopirene nel DNA. Di Richard Wheeler (Zephyris) 2007. STUFFERA SOLUZIONE DI un addotto trans-opato (10S) -Da di +)-(7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-diidroxy-9,10-Epoxy-7,8,9,10-tetraidrobenzo [a] pirene [a] pirene In un DNA duplex. Prodotto da pdb | 1jdg. == Licensing == gfdl-. Fonte: Wikimedia Commons.

Il meccanismo di questo effetto risiede nell'adsorbimento mutageno, quindi gli acidi umici con strutture più grandi sono i più efficaci. Il mutageno è adsorbito dall'acido umico e perde la sua attività mutagena.

Si stima che ciò possa essere importante per la protezione contro la carcinogenesi.

- Nell'industria cosmetica

A causa della loro capacità di assorbire raggi UV e visibili, sono stati proposti acidi umici per essere utilizzati in bloccanti solari, creme anti -invecchiamento e prodotti per la cura della pelle.

Possono anche essere usati come conservanti dei prodotti cosmetici.

- Nell'industria alimentare

Per le sue proprietà antiossidanti il ​​suo uso è stato suggerito come conservanti alimentari e come integratori nutrizionali.

Riferimenti

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