Структурные фрагменты гумусовых кислот.
Все полимеризованные гумусовые составляющие обнаруживают большую гомогенность структур и представляют собой комплексы, построенные за счет сходных элементарных структурных единиц. Определение конкретных структур, из которых состоят молекулы гумусовых кислот, осуществляется несколькими методами: химической деструкции (гидролиза и окисления), пиролитическим методом или методом ядерного магнитного резонанса. При этом методом гидролиза изучают периферическую часть гумусовых кислот, методом окисления – негидролизуемую часть.
Метод гидролиза гумусовых кислот. Гумусовые кислоты содержат большой набор аминокислот и моносахаридов, а также небольшие количества других веществ. Аминокислоты и моносахариды входят в состав периферической части гумусовых кислот. Общее содержание аминокислот в периферийной части составляет не менее 8-12%. Аминокислотный состав гумусовых кислот различного происхождения весьма сходен. Обычно выявляется 16-20 аминокислот (аспаргиновая кислота, серин, глицин и др.). Набор аминокислот и их количественные соотношения близки к составу растений и микроорганизмов.
Аминокислоты высвобождаются из гумусовых кислот в результате гидролиза пептидной связи полипептидов:
Моносахариды высвобождаются при гидролизе полисахаридов. При этом расщепляется гликозная связь, которая образована ацетальной гидроксильной группой и гидроксильной группой другого моносахарида. В гуминовых кислотах в основном представлены растительные и бактериальные полисахариды.
Например, глюкоза образуется при гидролизе целлюлозы:
Выход моносахаридов при гидролизе гумусовых кислот колеблется от 10 до 30%. В их составе преобладают гекозы и пентозы. В гуминовых кислотах их соотношение близко к единице, в фульвокислотах преобладают гектозы.
Метод окисления гумусовых кислот. Этот метод дает более полные сведения о содержании и составе ароматических фрагментов гумусовых кислот. В составе продуктов окисления встречаются фенолы, бензолполикарбоновые кислоты, ароматические альдегиды, хиноны, полициклические углеводороды и другие соединения.
При окислении гумусовых кислот пермангонатом калия происходит реакция с выделением бензолполикарбоновой кислоты (БПК):
ГК + KMnO4 → СО2 + Н2О + СН3СООН + НООС – СООН + БПК
Выход БПК при окислении колеблется от 2-5% для фульвокислот до 15-20% – для гуминовых. Присутствие и количество бензолполикарбоновых кислот и их аналогов подтверждают, что в состав гумусовых кислот входят бензоидные структуры. Предполагается, что данные кислоты практически полностью образуются за счет окисления негидролизуемой части гумусовых кислот. В то же время, периферические цепи окисляются до СО2, Н2О, щавелевой и уксусной кислот.
Углеродные скелеты фрагментов гуминовых и фульвокислот иллюстрирует рис. 11.3.1.
Рис.11.3.1. Главные типы углеродных скелетов продуктов окисления гумусовых кислот.
Происхождение циклических фрагментов молекул гумусовых кислот связано с разложением таких компонентов органических остатков, как лигнин и фловоноиды. Распад лигнина происходит в результате реакции гидролиза, окисления, демитилирования и декарбоксилирования. Это приводит к появлению в почве большого набора соединений от различных кислот до хинонов, способных вступать в реакции полимеризации (рис.11.3.2).
Рис. 11.3.2. Этапы распада лигнина (по В.Фляйгу).
Сходство углеродных скелетов продуктов распада указывает на генетическую связь гумусовых кислот с лигнином, флавоноидами и другими природными соединениями, содержащими ароматические ядра.
- Почвоведение (физика и химияпочв) факторы и условия почвообразования.
- Факторы почвообразования
- Состав и свойства почвы выветривание горных пород и минералов. Почвообразующие породы выветривание
- Минеральная часть твердой фазы почвы.
- Классификация почвообразующих пород
- Минералогический состав минеральной части почвы.
- Первичные минералы.
- Вторичные минералы
- Почвообразующие породы
- Морфология почв.
- Строение почвенного профиля.
- Структура почв.
- Гранулометрический состав почв.
- Окраска почвы.
- Новообразования и включения.
- Газовая фаза почвы. Состав почвенного воздуха и воздушные свойства почв.
- Газообмен между почвой и атмосферой.
- Формы почвенного воздуха.
- Водные свойства почвы. Формы почвенной влаги.
- Основные водные свойства почв.
- Поглотительная способность почв.
- Виды поглотительной способности.
- Строение и свойства почвенных коллоидов.
- Адсорбционные свойства почвенных коллоидов.
- Поглощение катионов почвой.
- Поглощение анионов почвой.
- В кислых почвах поглощение фосфатов происходит в результате взаимодействия с ионами железа, алюминия и марганца. При этом химическое осаждение фосфатов происходит по следующим схемам:
- Где: a – количество содержащихся в почве обменных анионов,
- Почвенный раствор.
- Состав почвенного раствора.
- Общие свойства почвенного раствора.
- Катионообменная способность почв. Селективность катионного обмена.
- Кинетика катионного обмена.
- Окислительно-восстановительные реакции и процессы в почвах. Окислительно-восстановительный потенциал в почвах.
- Потенциалопределяющие системы в почвах.
- Типы окислительных режимов почв.
- Органическое вещество почвы. Состав и свойства органического вещества.
- Элементный состав гумусовых кислот.
- Структурные фрагменты гумусовых кислот.
- Функциональные группы гумусовых кислот.
- Молекулярные массы гумусовых кислот.
- Строение гумусовых кислот.
- Связь гумусовых кислот с минеральными компонентами.
- Гетерополярные и комплексно-гетерополярные соли.
- Адсорбционные комплексы.
- Химия элементов и соединений в почвах. Основные химические элементы в почвах.
- Микроэлементы в почвах.
- Тяжелые металлы в почвах.
- Основные термины и определения.