حمض الهيوميك: التركيب والخصائص والإنتاج والاستخدامات - كيمياء - 2025

حمض الهيوميك هو الاسم العام لعائلة المركبات العضوية التي تشكل جزءًا من المواد الدبالية. لديهم مجموعات وظيفية مختلفة ، بما في ذلك الكربوكسيل والفينول والحلقات الشبيهة بالسكر والكينون ومشتقات الأحماض الأمينية.

تتوزع المواد الدبالية التي تشكل الأحماض الدبالية في التربة والمياه الطبيعية والرواسب نتيجة تحلل النباتات والحيوانات والنفايات الطبيعية.

مادة عضوية تتحول إلى مواد مثل الأحماض الدبالية. المؤلف: Pisauikan. المصدر: Pixabay.

تعتبر الأحماض الدبالية جزءًا من الدبال ولديها القدرة على تحسين نمو النبات وتغذيته ، لأنها تسمح بالاحتفاظ بالمغذيات لفترة أطول في التربة بحيث تكون متاحة للنباتات.

إنها مركبات برمائية ، أي أنها تحتوي على أجزاء مرتبطة بالماء وأجزاء ترفض الماء ، وكلها داخل نفس الجزيء.

بسبب مجموعات –OH و –COOH الخاصة بهم ، يمكنهم تكوين معقدات مع أيونات معدنية أو كاتيونات.

بفضل سلاسلها الهيدروكربونية أو الأجزاء العطرية ، يمكن أن تذوب وتحبس في نفسها جزيئات عطرية متعددة الحلقات سامة. بالإضافة إلى ذلك ، لديهم إمكانية استخدامها في طب السرطان وفي إعداد الأدوية الأكثر فعالية.

بناء

تحتوي الأحماض الدبالية على مجموعات وظيفية مختلفة ، وتعتمد كمياتها على الأصل الجغرافي لحمض الدبالية ، والعمر ، والظروف البيئية والبيولوجية ، والمناخ الذي تم فيه إنتاج الجزيء. لهذا السبب ، أصبح توصيفها الدقيق صعبًا.

مجموعاتها الوظيفية الرئيسية هي الفينول ، الكربوكسيل ، الإينوليك ، كينون ، الأثير ، السكريات والببتيدات.

المجموعات الوظيفية التي تعطيه خصائصه الرئيسية هي المجموعات الفينولية والكربوكسيلية والكينون.

يتكون الهيكل العظيم لحمض الهيوميك من أجزاء محبة للماء تتكون من مجموعات -OH وأجزاء كارهة للماء تتكون من سلاسل أليفاتية وحلقات عطرية.

مثال على جزيء حمض الهيوميك ، حيث يمكن ملاحظة المجموعات الفينولية- OH ، -COOH ، كينون ، مخلفات السكر والببتيدات (-NH). يكرزول. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

التسمية

- الأحماض الدبالية.

- HA أو HAs (الأحماض الدبالية).

الخصائص

الحالة الفيزيائية

المواد الصلبة غير المتبلورة.

الوزن الجزيئي الغرامي

تتراوح أوزانها الجزيئية من 2.0 إلى 1300 كيلو دالتون.

ثمن حبة دا أو دالتون 1.66 × ^10-24 جرام.

الذوبان

الأحماض الدبالية هي جزء من المواد الدبالية القابلة للذوبان في الوسط المائي القلوي. وهي قابلة للذوبان جزئيًا في الماء. غير قابل للذوبان في الوسط الحمضي.

يعد انحلاله في الماء معقدًا لأن الأحماض الدبالية ليست مكونًا فرديًا بل خليطًا من المكونات ، حيث يكون بعضها فقط قابل للذوبان في الماء.

يمكن أن تختلف قابليته للذوبان اعتمادًا على تركيبته ودرجة الحموضة والقوة الأيونية للمذيب.

الخصائص الكيميائية والبيولوجية

تحتوي جزيئات حمض الهيوميك بشكل عام على جزء محب للماء أو متعلق بالماء وجزء كاره للماء يرفض الماء. هذا هو السبب في أنهم يقال إنهم برمائيات.

بسبب طبيعتها البرمائية ، تتكون الأحماض الدبالية ، في وسط محايد أو حمضي ، هياكل مشابهة لتلك الموجودة في المذيلات ، تسمى pseudo-micelles.

إنها أحماض ضعيفة ، تسببها المجموعات الفينولية والكربوكسيلية.

مجموعات الكينون هي المسؤولة عن تكوين أنواع الأكسجين التفاعلية ، حيث يتم اختزالها إلى semiquinones ثم إلى hydroquinones ، وهي مستقرة جدًا.

إن وجود مجموعات الفينول والكربوكسيل في جزيئات حمض الدبالية يمنحها القدرة على تحسين نمو النبات والتغذية. يمكن لهذه المجموعات أيضًا أن تعزز التعقيد باستخدام المعادن الثقيلة. ويشرحون أيضًا نشاطه المضاد للفيروسات والالتهابات.

من ناحية أخرى ، فإن وجود مجموعات الكينون والفينول والكربوكسيل مرتبط بقدراتها المضادة للأكسدة ومبيدات الفطريات والجراثيم ومضادات الجراثيم أو الديموتاجينية.

السلوك في الوسط المائي حسب الرقم الهيدروجيني

في وسط قلوي ، تعاني المجموعات الكربوكسيلية والفينولية من فقدان H ⁺ البروتونات ، مما يترك الجزيء مشحونًا سلبًا في كل مجموعة من هذه المجموعات.

نتيجة لذلك ، يتم صد الشحنات السالبة ويتمدد الجزيء.

مع انخفاض الأس الهيدروجيني ، تتم بروتونات المجموعات الفينولية والكربوكسيلية مرة أخرى وتتوقف تأثيرات التنافر ، مما يتسبب في اعتماد الجزيء لهيكل مضغوط ، مشابه لبنية المذيلات.

في هذه الحالة ، يتم محاولة تحديد موقع الأجزاء الكارهة للماء داخل الجزيء وتكون الأجزاء المحبة للماء على اتصال مع الوسط المائي. يقال أن هذه الهياكل هي micelles الزائفة.

بسبب هذا السلوك ، ذكر أن الأحماض الدبالية لها خصائص التنظيف.

علاوة على ذلك ، فإنها تشكل مجاميع داخل الجزيئية (داخل جزيءها) ، متبوعة بالتجمع بين الجزيئات (بين الجزيئات المختلفة) والترسيب.

إذابة الجزيئات غير القطبية الكبيرة

يمكن للأحماض الدبالية أن تذيب الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات والتي تكون سامة ومسببة للسرطان وغير قابلة للذوبان نسبيًا في الماء.

يتم إذابة هذه الهيدروكربونات في القلب الطارد للماء للمذيلات الزائفة للأحماض الدبالية.

تشكيل معقد مع الكاتيونات المعدنية

تتفاعل الأحماض الدبالية مع أيونات المعادن في بيئة قلوية حيث تعمل الكاتيونات أو الأيونات الموجبة لتحييد الشحنات السالبة لجزيء حمض الهيوميك.

كلما زادت شحنة الكاتيون ، زادت فعاليته في تكوين المذيلات الزائفة. توجد الكاتيونات في مواقع مفضلة من الناحية الديناميكية الحرارية في الهيكل.

تنتج هذه العملية مجمعات حمض الهيوميك المعدنية التي تكتسب شكلاً كرويًا.

يعتمد هذا التفاعل على المعدن وعلى الأصل والوزن الجزيئي وتركيز حمض الهيوميك.

الحصول

يمكن الحصول على الأحماض الدبالية من المواد العضوية في التربة. ومع ذلك ، فإن تراكيب جزيئات حمض الهيوميك المختلفة تختلف باختلاف موقع التربة ، وعمرها ، والظروف المناخية.

هناك عدة طرق للحصول عليها. واحد من هؤلاء موصوف أدناه.

تتم معالجة التربة بمحلول مائي قدره 0.5 N NaOH (0.5 مكافئ لكل لتر) في جو من النيتروجين لمدة 24 ساعة عند درجة حرارة الغرفة. يتم تصفية الكل.

يتم تحمض المستخلص القلوي بـ 2N HCl إلى pH 2 ويترك لمدة 24 ساعة في درجة حرارة الغرفة. يتم فصل المادة المتخثرة (الأحماض الدبالية) عن المادة الطافية بالطرد المركزي.

التطبيقات

- في الزراعة

إن استخدام الأحماض الدبالية في الزراعة معروف عمليا منذ بداية النشاط الزراعي لأنها جزء من الدبال.

تربة غنية بالدبال ، لذلك فهي غنية بالأحماض الدبالية ، جيدة لنمو النباتات. المؤلف: ماركوس بوميلر. المصدر: Pixabay.

تعمل الأحماض الدبالية على تحسين نمو وتغذية النباتات. كما أنها تعمل كمبيدات جراثيم التربة ومبيدات الفطريات ، وحماية النباتات. تثبط الأحماض الدبالية الفطريات الممرضة للنبات وقد ارتبطت بعض مجموعاتها الوظيفية بهذا النشاط.

نبات مصاب بفطر Alternaria solani الذي يمكن مكافحته بالأحماض الدبالية. الأفروبرازيلية. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

إن وجود مجموعات الكبريت (S) و C = O كربونيل في جزيء حمض الهيوميك يعزز نشاط الفطريات. على العكس من ذلك ، فإن المحتوى العالي من الأكسجين ومجموعات ثاني أكسيد الكربون العطرية وبعض ذرات الكربون التي تنتمي إلى السكريات تمنع القوة الفطرية لحمض الهيوميك.

تمت دراسة تأثير استخدام الأسمدة النيتروجينية بطيئة الإطلاق (2019) في تثبيت الأحماض الدبالية الموجودة في التربة وتأثيرها على المحاصيل.

وجد أن اليوريا المغلفة بالكربون الحيوي تعمل على تحسين بنية واستقرار الأحماض الدبالية الموجودة في التربة ، مما يساعد على الاحتفاظ بالنيتروجين والكربون بواسطة التربة وتحسين إنتاجية المحاصيل.

- في معالجة التلوث

نظرًا لقدرتها على تكوين مذيلات زائفة في وسط محايد أو حمضي ، فقد تم استكشاف فائدتها في إزالة الملوثات من مياه الصرف الصحي والتربة لسنوات عديدة.

المعادن هي أحد الملوثات التي يمكن إزالتها بواسطة الأحماض الدبالية.

تظهر بعض الدراسات أن كفاءة امتصاص المعادن للأحماض الدبالية في المحلول المائي تميل إلى الزيادة مع زيادة الأس الهيدروجيني وتركيز حمض الهيوميك وانخفاض تركيز المعدن.

كما تم تحديد أن أيونات المعادن تتنافس على المواقع النشطة لجزيء حمض الهيوميك ، والتي تكون عمومًا مجموعة الفينول- COOH و- OH فيه.

- في صناعة الأدوية

وقد ثبت أنه مفيد في زيادة قابلية الذوبان في الماء للأدوية الكارهة للماء.

تم تحضير جزيئات الفضة (Ag) النانوية المغلفة بأحماض الدبالية ، والتي تمكنت من البقاء مستقرة لمدة عام واحد على الأقل.

هذه الجسيمات النانوية من الفضة وحمض الهيوميك ، إلى جانب الخصائص المضادة للبكتيريا لهذا الأخير ، لديها إمكانات عالية لتحضير الأدوية.

وبالمثل ، فإن مركبات الكاربامازيبين carbamazepine ، وهو دواء مضاد للصرع ، مع الأحماض الدبالية قد تمت تجربته لزيادة قابليته للذوبان ، واتضح أن الدواء يصبح أكثر قابلية للذوبان وفعالية.

تم تحقيق نفس التأثير لتحسين القابلية للذوبان والتوافر البيولوجي مع مجمعات الأحماض الدبالية وبيتا كاروتين ، وهو مقدمة لفيتامين أ.

- في الطب

تعتبر الأحماض الدبالية حليفًا قويًا في علاج الأمراض المختلفة.

ضد بعض الفيروسات

لوحظ النشاط المضاد للفيروسات للأحماض الدبالية ضد الفيروس المضخم للخلايا وفيروس نقص المناعة البشرية HIV-1 و HIV-2 ، من بين أمور أخرى.

يمكن لجزيئات حمض الهيوميك أن تمنع تكاثر الفيروس عن طريق ربط شحنتها السالبة في الوسط القلوي بمواقع كاتيونية معينة على الفيروس ، والتي تعتبر ضرورية للفيروس للارتباط بسطح الخلية.

ضد السرطان

تم العثور على الأحماض الدبالية لممارسة خصائص التئام الآفات المسببة للسرطان. ويعزى ذلك إلى وجود الكينونات في هيكلها.

هيكل الكينون ، مجموعة موجودة في جزيئات بعض الأحماض الدبالية. المؤلف: Marilú Stea.

تولد الكينونات أنواعًا من الأكسجين التفاعلية التي تنتج الإجهاد التأكسدي وتحفز موت الخلايا المبرمج للخلايا السرطانية من خلال تفتيت الحمض النووي الخاص بها.

ضد الطفرات

الأحماض الدبالية هي مثبطات للطفرات داخل وخارج الخلية. الطفرات هي التغيير المستقر للمادة الجينية للخلية التي يمكن أن تنتقل إلى الخلايا الوليدة.

تم العثور على القدرة على تثبيط الطفرات تختلف باختلاف تكوين الأحماض الدبالية وتركيزها.

من ناحية أخرى ، فإنها تمارس تأثيرًا مزوَّدًا للطفرات على المواد المسببة للطفرات مثل benzopyrene (هيدروكربون متعدد الحلقات موجود في بعض الأطعمة) ، و 2-nitrofluorene (منتج احتراق هيدروكربوني متعدد الأَروماتية) و 2-aminoanthracene.

التأثير المطفر للبنزوبيرين على الحمض النووي. بقلم ريتشارد ويلر (Zephyris) 2007. هيكل محلول لمحول مفتوح (10S) -dA adduct of +) - (7S، 8R، 9S، 10R) -7،8-dihydroxy-9،10-epoxy-7،8 ، 9،10-tetrahydrobenzopyrene في DNA مزدوج. منتج من {{PDB-1JDG}}. == الترخيص == {{GFDL-. المصدر: ويكيميديا ​​كومنز.

تكمن آلية هذا التأثير في امتصاص الطفرات ، والتي تعتبر الأحماض الدبالية ذات الهياكل الأكبر هي الأكثر فعالية. يتم امتصاص المطفر بواسطة حمض الهيوميك ويفقد نشاطه المطفر.

يُعتقد أن هذا قد يكون مهمًا للحماية من التسرطن.

- في صناعة مستحضرات التجميل

نظرًا لقدرتها على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية والأشعة المرئية ، تم اقتراح استخدام الأحماض الدبالية في حاصرات الشمس والكريمات المضادة للشيخوخة ومنتجات العناية بالبشرة.

كما يمكن استخدامها كمواد حافظة في مستحضرات التجميل.

- في صناعة المواد الغذائية

نظرًا لخصائصه المضادة للأكسدة ، فقد تم اقتراح استخدامه كمواد حافظة للأغذية وكمكملات غذائية.

المراجع

1. جوميز دي ميلو ، با وآخرون. (2016). الأحماض الدبالية: الخصائص الهيكلية والوظائف المتعددة للتطورات التكنولوجية الجديدة. علوم وهندسة المواد C 62 (2016) 967-974. تعافى من sciencedirect.com.
2. وي ، إس وآخرون. (2018). النشاط الفطري للأحماض الدبالية مولتيوريجين بالنسبة إلى تركيبتها الكيميائية. مجلة الكيمياء الزراعية والغذائية 2018، 66، 28، 7514-7521. تعافى من pubs.acs.org.
3. كيرندورف ، هـ وشنيتزر ، إم (1980). امتصاص المعادن على حمض الهيوميك. Geochimica et Cosmochimica Acta Vol 44، pp.1701-1708. تعافى من sciencedirect.com.
4. ساتو ، تي وآخرون. (1987). آلية التأثير المزيل للطفيليات لحمض الهيوميك. بحوث الطفرات ، 176 (1987) 199-204. تعافى من sciencedirect.com.
5. تشنغ ، م. وآخرون. (2003). يتسبب حمض الهيوميك في تلف الحمض النووي المؤكسد وتأخر النمو وموت الخلايا المبرمج في الخلايا الليفية الأولية للإنسان. إكسب بيول ميد (مايوود) 2003 أبريل ؛ 228 (4): 413-23. تعافى من ncbi.nlm.nih.gov.
6. لي ، م وآخرون. (2019). عزل الكربون العضوي في المواد الدبالية في التربة كما يتأثر باستخدام الأسمدة النيتروجينية المختلفة في نظام زراعة المحاصيل بالتناوب النباتي. مجلة الكيمياء الزراعية والغذائية ، 2019 ، 67 ، 11 ، 3106-3113. تعافى من pubs.acs.org.