フミン酸：構造、特性、製造、用途 - 化学 - 2025

フミン酸は、腐植物質の一部である有機化合物のファミリーの総称です。それらは、カルボン酸、フェノール、砂糖のような環、キノン、およびアミノ酸誘導体を含む様々な官能基を持っています。

フミン酸の一部である腐植物質は、植物、動物、および自然廃棄物の分解の結果として、土壌、天然水、および堆積物に分布します。

フミン酸のような物質に変わる有機材料。著者：ピサウイカン。出典：Pixabay。

フミン酸は腐植土の一部であり、植物が利用できるように栄養素を土壌に長く保持できるようにするため、植物の成長と栄養を改善する能力があります。

それらは両親媒性化合物です。つまり、水に関連する部分と水を拒絶する部分がすべて同じ分子内にあります。

–OHおよび–COOHグループにより、金属イオンまたはカチオンと錯体を形成できます。

それらの炭化水素鎖または芳香族部分のおかげで、それらは可溶化し、有毒な多環式芳香族分子をそれら自体に固定することができます。さらに、それらは、癌治療およびより効果的な医薬品の調製において潜在的に使用されます。

構造

フミン酸にはさまざまな官能基が含まれ、その量はフミン酸の地理的起源、年齢、環境および生物学的条件、分子が生成された気候に依存します。このため、その正確な特性評価は困難になっています。

その主な官能基は、フェノール、カルボン酸、エノール、キノン、エーテル、糖およびペプチドです。

その主な特徴を与える官能基は、フェノール基、カルボン酸基、キノン基です。

フミン酸の素晴らしい構造は、-OH基によって形成された親水性部分と、脂肪族鎖と芳香環からなる疎水性部分で構成されています。

フミン酸分子の例。フェノールの-OHグループ、-COOH、キノン、糖残基、ペプチド（-NH）が観察できます。イクラズール。出典：ウィキメディア・コモンズ。

命名法

-フミン酸。

-HAまたはHA（フミン酸）。

プロパティ

体調

アモルファス固体。

分子量

それらの分子量は2.0〜1300 kDaの範囲です。

1つのDaまたはDaltonは1.66 x 10 ^-24グラムの価値があります。

溶解度

フミン酸は、アルカリ性水性媒体に溶解する腐植物質の一部です。それらは部分的に水に溶ける。酸性媒体に不溶。

フミン酸は個々の成分ではなく、一部の成分のみが水に溶解する成分の混合物であるため、水への溶解は複雑です。

その溶解度は、その組成、pH、および溶媒のイオン強度によって異なります。

化学的および生物学的特性

フミン酸分子は一般に、親水性または水関連の部分と、水を拒絶する疎水性の部分を持っています。それが両親媒性であると言われている理由です。

両親媒性の性質により、フミン酸は中性または酸性の媒体中で、ミセルと同様の構造を形成し、擬ミセルと呼ばれます。

それらは弱酸であり、これはフェノール基とカルボキシル基によって引き起こされます。

キノンのようなグループは、それらがセミキノンに還元され、それから非常に安定したヒドロキノンに還元されるので、活性酸素種の形成に責任があります。

フミン酸分子にフェノール基とカルボキシル基が存在すると、植物の成長と栄養を改善することができます。そのようなグループは、重金属との錯化を促進することもできます。そして、彼らはまた、その抗ウイルスおよび抗炎症活性を説明します。

他方、キノン、フェノールおよびカルボキシル基の存在は、それらの抗酸化、殺真菌、殺菌および抗変異原性または変異原性の能力に関連しています。

pHに応じた水性媒体中での挙動

アルカリ性媒体では、カルボキシル基とフェノール基はH ⁺プロトンの損失を受け、分子はこれらの各グループで負に帯電したままになります。

これにより、負の電荷が反発され、分子が伸びます。

pHを下げることにより、フェノール基とカルボン酸基が再びプロトン化され、反発効果が停止し、分子がミセルと同様のコンパクトな構造をとるようになります。

この場合、疎水性部分は分子内に配置され、親水性部分は水性媒体と接触します。これらの構造は、疑似ミセルと呼ばれています。

この挙動により、フミン酸には洗浄力があるとされています。

さらに、それらは分子内凝集体（自身の分子内）を形成し、その後、分子間凝集（異なる分子間）と沈殿が続きます。

大きな非極性分子の可溶化

フミン酸は、有毒で発癌性があり、水に比較的不溶性の多環式芳香族炭化水素を可溶化できます。

これらの炭化水素は、フミン酸の疑似ミセルの疎水性中心部に可溶化されています。

金属カチオンとの複雑な形成

フミン酸は、カチオンまたは陽イオンがフミン酸分子の負電荷を中和するように作用するアルカリ環境で金属イオンと相互作用します。

陽イオンの電荷が高いほど、擬ミセルを形成する効果が高くなります。カチオンは、構造内の熱力学的に好ましい位置に配置されます。

このプロセスにより、球状の形状を取得するフミン酸金属錯体が生成されます。

この相互作用は、金属、フミン酸の起源、分子量、濃度に依存します。

入手

フミン酸は土壌中の有機物から得られます。ただし、さまざまなフミン酸分子の構造は、土壌の場所、その年齢、気候条件によって異なります。

取得にはいくつかの方法があります。これらの1つを以下に説明します。

土壌は、窒素雰囲気下、室温で24時間、0.5 N NaOH（1リットルあたり0.5当量）の水溶液で処理されます。全体がフィルタリングされます。

アルカリ抽出液を2N HClでpH 2に酸性化し、室温で24時間放置します。凝固した物質（フミン酸）は、遠心分離によって上澄みから分離されます。

用途

-農業で

フミン酸は腐植の一部であるため、農業におけるフミン酸の使用は農業活動の開始以来実際に知られています。

腐植に富む土壌、したがって腐植酸に富む土壌は、植物の成長に適しています。著者：マーカス・ボウメラー。出典：Pixabay。

フミン酸は植物の成長と栄養を改善します。それらはまた植物を保護する土壌の殺菌剤および殺菌剤として機能します。フミン酸は植物病原性真菌を阻害し、それらのいくつかの官能基はこの活性と相関しています。

フミン酸と戦うことができるAlternaria solani菌に感染した植物。アフロブラジル人。出典：ウィキメディア・コモンズ。

フミン酸分子中の硫黄（S）およびC = Oカルボニル基の存在は、静真菌活性に有利です。逆に、高含有量の酸素、芳香族CO基、および糖に属する特定の炭素原子は、フミン酸の静真菌力を阻害します。

最近（2019年）、土壌中に存在するフミン酸の安定化における徐放性窒素肥料の施用の効果と作物への影響が研究されています。

バイオカーボンでコーティングされた尿素は、土壌に存在するフミン酸の構造と安定性を改善し、土壌による窒素と炭素の保持を促進し、作物の収量を改善することがわかりました。

-汚染の修復に

中性または酸性媒体中で疑似ミセルを形成するその能力のために、廃水および土壌からの汚染物質の除去におけるその有用性は長年にわたって研究されてきました。

金属は、フミン酸によって除去できる汚染物質の1つです。

いくつかの研究は、水溶液中のフミン酸の金属収着効率は、pHとフミン酸濃度の増加および金属濃度の減少とともに増加する傾向があることを示しています。

また、金属イオンはフミン酸分子の活性部位、一般的にはその中のフェノール性の-COOHおよび-OH基で競合することも判明しました。

-製薬業界で

疎水性薬物の水溶性を高めるのに役立つことが証明されています。

フミン酸でコーティングされた銀（Ag）ナノ粒子が準備され、少なくとも1年間は安定した状態を保つことができました。

銀とフミン酸のこれらのナノ粒子は、後者の抗菌特性とともに、薬物の調製に高い可能性を秘めています。

同様に、抗てんかん薬であるカルバマゼピンとフミン酸との複合体は、その溶解度を高めることが試みられており、薬物がはるかに可溶性で効果的なものになることが判明しています。

溶解度とバイオアベイラビリティを改善する同じ効果は、フミン酸とビタミンAの前駆体であるβ-カロテンの複合体でも達成されました。

-医学で

フミン酸は、さまざまな病気の治療に強い味方です。

いくつかのウイルスに対して

特に、サイトメガロウイルスおよびヒト免疫不全ウイルスHIV-1およびHIV-2に対するフミン酸の抗ウイルス活性が観察されています。

フミン酸分子は、ウイルスが細胞表面に結合するために必要な、ウイルスの特定のカチオン部位にアルカリ性媒体中のそれらの負電荷を結合させることにより、ウイルス複製を阻害することができます。

がんに対して

フミン酸は発癌性病変の治癒特性を発揮することがわかっています。これは、その構造にキノンが存在するためです。

いくつかのフミン酸の分子に存在するグループであるキノンの構造。作成者：MarilúStea。

キノンは、酸化ストレスを生成し、DNAの断片化を通じて癌細胞のアポトーシスを誘導する活性酸素種を生成します。

突然変異誘発に対して

フミン酸は、細胞内外の突然変異誘発の阻害剤です。突然変異誘発は、娘細胞に伝達される細胞の遺伝物質の安定した変化です。

突然変異誘発を阻害する能力は、フミン酸の組成とその濃度によって異なることがわかっています。

一方、ベンゾピレン（一部の食品に含まれる多環芳香族炭化水素）、2-ニトロフルオレン（多環芳香族炭化水素燃焼生成物）、2-アミノアントラセンなどの変異原性物質に対しては、変異原性効果を発揮します。

DNAに対するベンゾピレンの変異原性効果。リチャードウィーラー（Zephyris）2007。トランスオープン（10S）-dA付加物の溶液構造+）-（7S、8R、9S、10R）-7、8-ジヒドロキシ-9、10-エポキシ-7、8 、二重鎖DNA中の9,10-テトラヒドロベンゾピレン。{{PDB-1JDG}}から作成。==ライセンス== {{GFDL-。出典：ウィキメディア・コモンズ。

この効果のメカニズムは、より大きな構造のフミン酸が最も効果的である変異原の吸着にあります。変異原はフミン酸に吸着され、変異原性を失います。

これは発がんに対する保護にとって重要であると考えられています。

-化粧品業界で

フミン酸は、UVと可視光線を吸収する能力があるため、日焼け止め、老化防止クリーム、スキンケア製品での使用が提案されています。

それらはまた化粧品の防腐剤として使用することができます。

-食品業界で

抗酸化作用があるため、食品保存料や栄養補助食品としての使用が提案されています。

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