חומצה הומית: מבנה, תכונות, ייצור, שימושים - כִּימִיָה - 2025

חומצה הומית היא השם הגנרי של משפחה של תרכובות אורגניות המהוות חלק מחומרים הומיים. יש להם קבוצות פונקציונליות שונות, כולל קרבוקסיליקים, פנוולים, טבעות דמויי סוכר, קינונים ונגזרות של חומצות אמינו.

חומרים הומיים, אשר חומצות ההומם הם חלק מהם, מופצים בקרקעות, במים טבעיים ובמשקעים, מכיוון שהם תוצאה של פירוק פסולת צמחית, של בעלי חיים וטבעיות.

חומר אורגני שיהפוך לחומרים כמו חומצות הומיות. מחבר: פיזואיקן. מקור: Pixabay.

חומצות הומיות הינן חלק מחומוס ויש להן יכולת לשפר את צמיחת הצומח והתזונה, מכיוון שהן מאפשרות לשמור על חומרים מזינים לאורך האדמה כך שיהיו זמינים לצמחים.

מדובר בתרכובות אמפיפיליות, כלומר יש להם חלקים שקשורים למים וחלקים שדוחים מים, כולם בתוך אותה מולקולה.

בשל קבוצות ה- OH ו- COOH שלהם, הם יכולים ליצור קומפלקסים עם יוני מתכת או קטיונים.

הודות לשרשראות הפחמימניות או המנות הארומטיות שלהם, הם יכולים להמיס ולנעל לעצמם מולקולות ארומטיות פוליכליות שהן רעילות. בנוסף, יש להם שימוש פוטנציאלי ברפואת סרטן ובהכנת תרופות יעילות יותר.

מִבְנֶה

חומצות הומיות מכילות קבוצות פונקציונליות שונות, שכמויותיהן תלויות במקור הגיאוגרפי של חומצת ההום, גיל, תנאים סביבתיים וביולוגיים, ובאקלים בו הופקה המולקולה. מסיבה זו, אפיונו המדויק נעשה קשה.

הקבוצות התפקודיות העיקריות שלה הן פנוליות, קרבוקסיליות, אנוליות, קינון, אתר, סוכרים ופפטידים.

הקבוצות התפקודיות שנותנות לו את המאפיינים העיקריים שלהן הן קבוצות פנוליות, קרבוקסיליות וקינון.

המבנה הגדול של חומצה הומית מורכב ממנות הידרופיליות הנוצרות על ידי קבוצות -OH ומנות הידרופוביות המורכבות משרשרות אליפטיות וטבעות ארומטיות.

דוגמה למולקולת חומצה הומית, בה ניתן לצפות בקבוצות הפנוליות -OH, -COOH, קינון, שאריות סוכר ופפטידים (-NH). יקראזול. מקור: Wikimedia Commons.

מִנוּחַ

- חומצות הומיות.

- HA או HAs (חומצות הומיות).

נכסים

מצב פיזי

מוצקים אמורפיים.

משקל מולקולרי

המשקל המולקולרי שלהם נע בין 2.0 ל 1300 kDa.

דא או דלטון אחד שווים 1.66 על ^10-24 גרם.

מְסִיסוּת

חומצות הומיות הן החלק של החומרים ההומיים המסיסים במדיום מימי אלקליין. הם מסיסים חלקית במים. בלתי מסיס במדיום חומצי.

פירוקו במים הוא מורכב מכיוון שחומצות הומיות אינן מרכיב אינדיבידואלי אלא תערובת של רכיבים, כאשר רק חלקם מסיסים במים.

המסיסות שלו יכולה להשתנות בהתאם להרכבו, החומציות והעוצמה היונית של הממס.

תכונות כימיות וביולוגיות

במולקולות חומצות הומיות יש בדרך כלל חלק הידרופילי, או קשור למים, וחלק הידרופובי, הדוחה מים. לכן אומרים שהם אמפפילים.

בשל אופיים האמפיפילי, חומצות הומ יוצרים, במדיום ניטרלי או חומצי, מבנים הדומים לאלה של המייקל, הנקראים פסאודו-מיים.

מדובר בחומצות חלשות, אשר נגרמת על ידי קבוצות פנוליות וקרבוקסיליות.

הקבוצות מסוג הקינון אחראיות להיווצרותם של מיני חמצן תגובתי, מכיוון שהם מצטמצמים לחצי קינונים ואז להידרוקינונים, שהם יציבים מאוד.

נוכחותן של קבוצות פנוליות וקרבוקסיליות במולקולות חומצות חומץ מעניקה להם את היכולת לשפר את צמיחת הצומח והתזונה. קבוצות כאלה יכולות גם לקדם את המורכבות עם מתכות כבדות. והם גם מסבירים את הפעילות האנטי-ויראלית והאנטי-דלקתית שלה.

מצד שני, נוכחותן של הקבוצות הקינון, הפנול והקרבוקסילית קשורה ליכולותיהן הנוגדות חמצון, פטריות, חיידקיות, אנטי-מוטגניות או דמוטגניות.

התנהגות במדיום מימי לפי pH

במדיום אלקליין, הקבוצות הקרבוקסיליות והפנוליות סובלות מאובדן של פרוטונים H ⁺ , מה שמשאיר את המולקולה טעונה שלילית בכל אחת מהקבוצות הללו.

בשל כך, נהדפים מטענים שליליים והמולקולה נמתחת.

עם ירידת רמת החומציות, שוב מופרזת הקבוצות הפנוליות והקרבוקסיליות ותופעות הדחיה נפסקות, וגורמות למולקולה לאמץ מבנה קומפקטי, הדומה לזה של המייקל.

במקרה זה, החלקים ההידרופוביים מנסים לאתר בתוך המולקולה והמנות ההידרופיליות נמצאות במגע עם המדיום המימי. מבנים אלה אומרים שהם פסאודו-מיקרונים.

בשל התנהגות זו נאמר כי לחומצות חומצות יש מאפייני הרתעה.

יתר על כן, הם יוצרים אגרגטים אינטרמולקולריים (בתוך המולקולה שלהם), ואחריהם צבירה בין-מולקולרית (בין מולקולות שונות) ומשקעים.

מסיס מולקולות גדולות לא קוטביות

חומצות הומיות יכולות להמיס פחמימנים ארומטיים פוליציקליים רעילים ומסרטנים ובלתי מסיסים יחסית במים.

פחמימנים אלו מומסים בלב ההידרופובי של הפסאודו-מיקרונים של חומצות הומיות.

היווצרות מורכבת עם קטיוני מתכת

חומצות הומיות מקיימות אינטראקציה עם יוני מתכת בסביבה אלקליין בה קטיונים או יונים חיוביים פועלים לנטרול המטענים השליליים של מולקולת החומצה ההומית.

ככל שמטען הקטיון גבוה יותר, כך היעילות שלו ביצירת פסאודו-מיקרונים עולה. הקטיונים ממוקמים במיקומים מועדפים תרמודינמית במבנה.

תהליך זה מייצר מתחמי חומצה-מתכתית חומטית הרוכשים צורה כדורית.

אינטראקציה זו תלויה במתכת ובמוצא, במשקל המולקולרי ובריכוז החומצה ההומית.

להשיג

ניתן להשיג חומצות הומיות מחומר אורגני בקרקע. עם זאת, המבנים של מולקולות חומצות ההומיות השונות משתנים בהתאם למיקום האדמה, לגילה ולתנאי האקלים.

ישנן מספר שיטות להשיג. אחד מאלה מתואר להלן.

האדמה מטופלת בתמיסה מימית של 0.5 N NaOH (0.5 שקולות לליטר) תחת אטמוספירת חנקן למשך 24 שעות בטמפרטורת החדר. השלם מסונן.

התמצית הבסיסית מחומצת עם 2N HCl ל- pH 2 ומניחה לעמוד במשך 24 שעות בטמפרטורת החדר. החומר המקורש (חומצות הומיות) מופרד מהסופר-נפט על ידי צנטריפוגה.

יישומים

- בחקלאות

השימוש בחומצות הומיות בחקלאות ידוע למעשה כבר מתחילת הפעילות החקלאית מכיוון שהם חלק מחומוס.

אדמה עשירה בחומוס, ולכן עשירה בחומצות הומיות, טובה לגידול צמחים. מחבר: מרקוס באומלר. מקור: Pixabay.

חומצות הומיות משפרות את הצמיחה והתזונה של הצמחים. הם פועלים גם כחיידקים וקוטלי פטריות בקרקע, ומגנים על צמחים. חומצות הומיות מעכבות פטריות פיטופתוגניות וחלק מהקבוצות התפקודיות שלהם תואמו פעילות זו.

צמח הנגוע בפטריית Alternaria solani שניתן להילחם בו עם חומצות הומיות. אפרו-ברזילאי. מקור: Wikimedia Commons.

נוכחותן של קבוצות גופרית (S) ו- C = O קרבוניל במולקולת חומצת ההומ מעדיפה פעילות פטרייתית. נהפוך הוא, תכולה גבוהה של חמצן, קבוצות CO ארומטיות ואטומי פחמן מסוימים השייכים לסוכרים מעכבים את הכוח הפטריסטי של חומצה הומית.

לאחרונה (2019) נחקרה השפעת היישום של דשני חנקן בשחרור איטי על ייצוב חומצות ההומ הקיימות בקרקעות והשפעתן על יבולים.

נמצא כי אוריאה מצופה ביו-פחמן משפרת את המבנה ואת היציבות של חומצות ההומ הקיימות באדמה, ומעדיפה את שמירת החנקן והפחמן על ידי האדמה ומשפרת את תפוקת הגידולים.

- תיקון של זיהום

בשל יכולתו ליצור פסאודו-מיקרונים במדיום נייטרלי או חומצי, נבדק התועלת בהוצאת מזהמים מהשפכים והקרקעות במשך שנים רבות.

מתכות הן אחד המזהמים הניתנים להסרה על ידי חומצות הומיות.

כמה מחקרים מראים כי יעילות ספיחת המתכות של חומצות הומיות בתמיסה מימית נוטה לעלות עם עליית ה- pH וריכוז חומצות ההום ועם ירידה בריכוז המתכות.

כמו כן נקבע כי יוני המתכת מתחרים על האתרים הפעילים של מולקולת החומצה ההומית, שהם בדרך כלל הקבוצות הפנוליות –COOH ו- –OH בה.

- בתעשיית התרופות

הוכח כי הוא מועיל בהגדלת מסיסות המים של תרופות הידרופוביות.

הוכנו ננו-חלקיקים מכסף מצופה בחומצות הומיות שהצליחו להישאר יציבים למשך שנה לפחות.

לננו-חלקיקים אלו של כסף וחומצה הומית, יחד עם התכונות האנטיבקטריאליות של אלה האחרונים, יש פוטנציאל גבוה להכנת תרופות.

כמו כן, ניסו קומפלקסים של קרבמזפין, תרופה אנטי-אפילפטית, עם חומצות הומיות להגביר את מסיסותה, והתברר כי התרופה הופכת למסיסה ויעילה בהרבה.

אותה השפעה של שיפור המסיסות והזמינות הביולוגית הושגה עם קומפלקסים של חומצות הומיות ו- ß-carotene, מבשר לוויטמין A.

- בתרופה

חומצות הומיות הן בעלות ברית חזקות לטיפול במחלות שונות.

נגד כמה וירוסים

פעילות אנטי-ויראלית של חומצות הומיות נצפתה כנגד ציטומגלובירוס ונגיפי הכשל החיסוני האנושי HIV-1 ו- HIV-2, בין היתר.

מולקולות חומצות הומיות יכולות לעכב את שכפול הנגיף על ידי קשירת המטען השלילי שלהן במדיום אלקליין לאתרים קטיוניים מסוימים בנגיף, הנחוצים כדי שהנגיף ייקשר למשטח התא.

נגד סרטן

נמצאו חומצות הומיות המפעילות תכונות לריפוי נגעים מסרטנים. זה מיוחס לנוכחות קווינונים במבנה שלו.

מבנה של קינון, קבוצה שנמצאת במולקולות של חומצות הומיות מסוימות. מחבר: מרילו סטאה.

הקינונים מייצרים מיני חמצן תגוביים המייצרים לחץ חמצוני ומעוררים אפופטוזיס של תאי סרטן באמצעות התפרקות ה- DNA שלהם.

נגד מוטגנזה

חומצות הומיות מעכבות את המוטגנזה בתא ומחוצה לו. מוטגנזה היא שינוי יציב של החומר הגנטי של תא שניתן להעביר לתאי בת.

נמצא כי היכולת לעכב מוטגנזה משתנה עם הרכב חומצות ההום וריכוזן.

מצד שני, הם מפעילים השפעה דסמוטגנית על חומרים מוטגניים כמו בנזופירן (פחמימן פוליארומטי שנמצא במזונות מסוימים), 2-ניטרופלוארן (מוצר פחמימני פוליארומטי של בעירה) ו -2-אמינו-אנטראצן.

השפעה מוטגנית של בנזופרטן על ה- DNA. מאת ריצ'רד ווילר (צפיריס) 2007. מבנה הפיתרון של adduct נפתח (10S) -dA adduct של +) - (7S, 8R, 9S, 10R) -7,8-dihydroxy-9,10-epoxy-7,8 , 9,10-טטרהhydrobenzopyrene ב- DNA דופלקס. הופק מ- {{PDB-1JDG}}. == רישוי == {{GFDL-. מקור: Wikimedia Commons.

המנגנון של אפקט זה שוכן בספיחת המוטגן, אשר חומצות הומיות בעלות מבנים גדולים יותר הן היעילות ביותר. המוטגן נספג על ידי חומצה הומית ומאבד את פעילותו המוטגנית.

הוא האמין כי זה עשוי להיות חשוב להגנה מפני סרטן.

- בתעשיית הקוסמטיקה

בשל יכולתם לספוג קרני UV וקרניים גלויות, הוצעו חומצות הומיות לשימוש בחוסמי שמש, משחות נגד הזדקנות ומוצרי טיפוח העור.

הם יכולים לשמש גם כחומרים משמרים במוצרים קוסמטיים.

- בתעשיית המזון

בשל תכונותיו הנוגדות חמצון, הוצע השימוש בו כחומרים משמרים למזון וכתוספי תזונה.

הפניות

1. גומס דה מלו, BA ואח '. (2016). חומצות הומיות: תכונות מבניות ותפקודים מרובים להתפתחויות טכנולוגיות חדשות. מדע חומרים והנדסה ג '62 (2016) 967-974. התאושש מ- sciencedirect.com.
2. וויי, ש 'ואח'. (2018). פעילות פונגיסטטית של חומצות הומיות רב-מקוריות ביחס למבנהן הכימי. כתב העת לכימיה חקלאית ומזון 2018, 66, 28, 7514-7521. התאושש מ- pubs.acs.org.
3. Kerndorff, H. and Schnitzer, M. (1980). ספיגת מתכות על חומצה הומית. Geochimica et Cosmochimica Acta כרך 44, עמ '1701-1708. התאושש מ- sciencedirect.com.
4. Sato, T. et al. (1987). מנגנון ההשפעה הדמוטגנית של חומצה הומית. מחקר מוטציה, 176 (1987) 199-204. התאושש מ- sciencedirect.com.
5. צ'נג, M.-L. ואח '. (2003). חומצה הומית גורמת לפגיעה ב- DNA החמצוני, פיגור גדילה ואפופטוזיס בפיברובלסטים ראשוניים של האדם. Exp Biol Med (Maywood) 2003 אפריל; 228 (4): 413-23. התאושש ב- ncbi.nlm.nih.gov.
6. Li, M. et al. (2019). פרשת פחמן אורגני בחומרים הומיים באדמה, מושפעת על ידי יישום דשנים חנקניים שונים במערכת חיתוך סיבוב ירקות. כתב העת לכימיה חקלאית ומזון, 2019, 67, 11, 3106-3113. התאושש מ- pubs.acs.org.