Д.С. Орлов - Химия почв (1114534), страница 55
Текст из файла (страница 55)
НС1. В результате кипячения с кислотами от гуминовых кислот отщепляется япереходит в раствор до 40—60% всей массы препарата, взятого дляопыта. Степень гидролиза, или гидролизуемость, гумусовых кислот вычисляют как процентное отношение массы гидролизуемой части вещества к общей массе (навеске) препарата. На практике расчет ведутпо количеству перешедшего в гидролизат углерода, считая эту величину пропорциональной массе гумусовой кислоты. Степень гидролизагуминовых кислот дерново-подзолистых почв и сероземов выше, чемчерноземов, а фульвокислот выше, чем гуминовых кислот (табл. 51).Таблица51Степень гидролиза гумусовых кислот, %Гуминовые кислотыПочваДерново-среднеподзолистаяТипичный черноземТипичный сероземФ у л ьвок исл о тыпоуглеродупо азотупо углеродупо азоту38—4460—6865—7873—7732—3637—4245—5059—6469—7066—727И—7472—75Гидролизуемость по азоту значительно выше, чем по углероду, поскольку в периферической части ГК содержание азота относительно повышено.В составе гидролизатов гумусовых кислот обнаружен большой набор аминокислот и моносахаридов; в небольших количествах содержатся и другие вещества.Аминокислоты высвобождаются из ГК и ФК в результате гидролиза пептидной связи полипептидов:н н о н н оIl l l l l ! !— N—С—С—N—С—С—на+Н20-^Н Н ОН Н ОIIiiI I I !- > _ N — С — С — О Н + Н—N—С—С—.IR1R209Наличие пептидной связи в гумусовых кислотах подтверждаетсяполосами «амид I» и «амид II» в инфракрасных спектрах.
Этиполосыпоглощения проявляются в спектрах при 1650 и 1540 см-1, а послегидролиза ГК их интенсивность резко ослабевает или они исчезаютполностью.Моносахариды высвобождаются в результате расщепления гликозидной связи при гидролизе полисахаридов; так, при гидролизе целлюлозы образуется глюкоза:оосн.он\„I2/1п\к_. /NцеллюлозаЧк_1«сн,он+• л н 2 с к .наtJпIн1он\/14 онно\\JнИ/hwD-глкжозаАналогично может расщепляться хитин, состоящий из остатков 2-ацетамидо-2-дезокси-0-глюкозы. При гидролизе полисахаридов расщепляется гликозидная связь, образованная ацетальной гидроксильной группой (при первом атоме углерода у альдегидной группы) и гидроксильной группой другого моносахарида.Выход аминокислот при гидролизе гуминовых кислот достигает 5—10% от массы препарата, причем часть аминокислот, связанных непосредственно с фенольными групТаблица 52 пировками, как считает Фляйг,Содержание аминокислот в гумусовыхудерживается очень прочно и невеществах, %подвергается гидролизу.
Общеесодержание аминокислот в периГуминовыеФульвоферийной части ГК составляет неПочвакислотыкислотыменее 8—12%; меньше всего аминокислот содержат ГК черноземаДерново-подзо6—77—10(табл. 52).листаяАминокислотный состав гуЧернозем ти3—65—6миновых кислот различного пропичныйисхождения весьма сходен.
ОбычТипичный се8—И5,5—6,5роземно идентифицируются16—20аминокислот, в том числе аспарагиноваякислота,серии,глицин,глютаминоваякислота, треонин, а-аланин, валин, метионин, лизин, гистидин, аргинин,аминомасляная кислота, пролин, тирозин, фенилаланин, цистин. Общеесодержание аминокислот достигает 500—800 мкмол на 1 г ГК, причемпреобладают первые десять из перечисленных аминокислот. Набор аминокислот и их количественное соотношение близки к аминокислотномусоставу растений и микроорганизмов; это позволяет считать, что в синтезе гумусовых веществ принимают участие сравнительно крупныефрагменты белков растительного и микробного происхождения.
Причиной сходства аминокислотного состава гумусовых кислот и белковрастительных остатков является высокая подвижность, динамичностьпериферической части гумусовых соединений, участвующей в постоянном обмене с компонентами среды и подвергаемой интенсивному воздействию микроорганизмов. Количественное содержание различныхаминокислот в гидролизуемой части гуминовых кислот приведено втабл.
53.210Таблица5$Аминокислотный состав гуминовых кислот, мкмоль/1 гАминокислотаАспарагиновая+серин++глицинГлютаминовая+треонина-аланинВалин+метионинЛейцинЛизинГистидинАргининАминомаслянаяПролинТирозинФенилаланинЦистинВсего:Дерново-подзолистая почваЧернозем типичныйТипичный серозем200—290100—12050—11050—6040—6020—6025—3525—3015—2510—207—158—155—12180—19060—7550—6030—4020—3025—3018—2015—2010—1510—155—86—125—15260—33090—11080—12040—5050—6035г-7030—4025—3020—2515—207—128—118—15600-800450—500650—880В состав гумусовых кислот входят аминокислоты, содержащие серу(цистин, метионин), и ароматические аминокислоты:соонфенилаланин/^_сн_с<^_н ,соонтирозинН0-^VcH 2 —C^—HВыход моносахаридов при гидролизе гумусовых кислот колеблетсяот 10—15 до 20—30%, и в их составе преобладают гексозы и пентозы.В гуминовых кислотах соотношение гексоз и пентоз близко к единице,иногда преобладают гексозы.
В фульвокислотах содержание редуцирующих Сахаров значительно больше, и в их составе превалируютгексозы.Гуминовые кислоты различных почв содержат остатки следующихмоносахаридов:%У0н— - О Нно- -нн——онн——онснаонГЛЮ1адза%У0н——ОНно— —нно— —Нн——ОНСН2ОНгала ктоза%У°да - Нно— —Нн——ОНн— —онсн2онман ноза211HHw°HO- -нH— - о ннw°н— - О Нн— - О Нн— -онН— —ОННО— —НН— - О Нн— - о нСН2ОНарабинозанЧс/он- -он\с^°СН2ОНксилозаСН2ОНрибозаН\<У°НО— —нно- - нн— —онн—- о нн— —онНО— —нн о - —нCH,фукюзаСНзрамнозаАминокислоты и моносахариды входят в состав периферической(алифатической) части гумусовых кислот, но длина полипептидныхи полисахаридных цепочек, как и последовательность расположениямоноз и аминокислот, в них не установлена.
Инфракрасные спектрыи характер гидролизуемости, сравнительная стабильность соотношений разных моноз указывают, что в ГК они наиболее вероятно представлены полисахаридами, причем не только растительными, но и бактериальными. Благодаря полисахаридам бактериальная слизь обладаетвысокой клеющей способностью и участвует в формировании почвенной структуры.Кроме указанных групп веществ в гидролизатах гуминовых кислотвсегда присутствует некоторое количество веществ фульвокислотногохарактера, на что указывает желтая окраска гидролизата; обычно ихсодержание не превышает 6—7% от массы препарата.
Таким образом,сумма этих трех групп идентифицированных веществ соответствует помассе гидролизуемой части ГК, и, следовательно, этими фрагментамисложена периферическая часть гумусовых кислот.Продукты окисления гумусовых кислот. Наиболее полные сведенияо содержании и составе ароматических фрагментов гумусовых веществполучают методом окисления; применяются и другие способы расщепления: восстановление амальгамой натрия, плавление с цинковой,пылью и др. В качестве окислителей использовали азотную кислоту,нитробензол, перекись водорода, периодат натрия.
В составе продуктов окисления гумусовых веществ были найдены фенолы, ароматические альдегиды, бензолполикарбоновые кислоты, хиноны, азотсодержащие гетероциклы, полициклические углеводороды. Присутствие впродуктах расщепления терефталевой кислоты впервые установил профессор Московского университета Е. П. Троицкий в 1915 г.Для структурных исследований гумусовых кислот пригодны такиеметоды расщепления изучаемых веществ, которые обеспечивают достаточно высокий выход продуктов деструкции и исключают искусственное усложнение исходных соединений, в частности их циклизацию.Такими методами, применительно к гумусовым веществам, являются212•окисление окисью меди или перманганатом калия в щелочной среде.При окислении ГК перманганатом калия происходит реакция:ГК+КМп0 4 ->С0 2 + Н 2 0+СН 3 СООН+НООС—СООН + БПК,где БПК — бензолполикарбоновые кислоты.
Количество щавелевойкислоты (СООН) 2 легко установить титрованием перманганатом в кислой среде:5НООС—COOH + 2KMnO4 + 3H2SO4->K2SO4+2MnSO 4 +10CO 2 +8H 2 O.Бензолполикарбоновые кислоты осаждают в виде бариевых солей ипоследующим взвешиванием находят их выход в результате окисления.Качественный состав БПК определяют методами газовой хроматографии.Присутствие и количественное содержание бензолполикарбоновыхкислот и их аналогов в продуктах окисления является важнейшим^диагностическим признаком ГК и ФК и подтверждает, что в составмолекул гумусовых кислот входят шестичленные (бензоидные) структуры.Выход БПК при окислении различных гумусовых веществ колеблется от 2—5% (для ФК) До 15—20% (для ГК).
После метилированияГК выход бензолполикарбоновых кислот увеличивается до 25—30%.По М. Ф. Овчинниковой, БПК образуются практически полностью за•счет окисления негидролизуемой части («ядра») гумусовых кислот,тогда как периферические цепи ГК окисляются до С0 2 , Н 2 0, щавелевой и уксусной кислот.Наибольшее значение имеют три- и тетрабензолкарбоновые кислоты, в том числе 1,2,3-бензолтрикарбоновая (гемимеллитовая), 1,2,4бензолтрикарбоновая (тримеллитовая), 1,3,5-бензолтрикарбоновая (тримезиновая), 1,2,4,5-бензолтетракарбоновая (пиромеллитовая), 1,2,3,5-бензолтетракарбоновая(пренитовая),1,2,3,4-бензолтетракарбоновая(меллофановая). Кроме этих кислот обнаруживаются бензолдикарбоновые (фталевые), бензолпентакарбоновые и бензолгексакарбоновая(меллитовая) кислоты.
В составе продуктов окисления обнаруживается также оксибензойные кислоты (фенолокислоты), соединения спятичленными циклами и гетероциклами, в частности производныепиридина. Ниже приведены формулы наиболее важных продуктов•окис дения гуминовой кислоты:соонсоонфгсоон » Л ™H0Kt^c™соонтримеллитоваякислотасоон0 :соонN^-C0OHсоонтримезиноваякислота1,2,3,5-бензолтетракарбоновая кислота3,4-пиридинкарбоновая(цинхомероновая) кислотаМеллитовая кислота получается путем окисления графита, древесного угля или многозамещенных производных бензола:соонHN°3tHOOC-rt^i-COOH" ноос-1ЦД-соонсоонмеллитоваякислота213Выход меллитовой кислоты невелик, и ее образование может быть,следствием примесей обугленных растительных остатков к окисляемомупрепарату гуминовой кислоты.Обнаружение бензолполикарбоновых и оксибензолкарбоновых кислот не означает, что они содержатся в гумусовых веществах именно»в форме кислот.
Бензолполикарбоновые кислоты показывают только,какие типы углеродных скелетов лежат в основе строения фрагментовгумусовых кислот. Так, обнаружение тримезиновой кислоты связанос присутствием в ГК. фрагмента с углеродным скелетом типа.А:Углеродные скелеты фрагментов ГК и ФК, идентифицированныепродуктам их окисления, приведены на рис. 41.-о#С--поюГ~ JdT ГоГ Ч6ГРис. 41. Главные типы углеродных скелетов, идентифицируемые в продуктах окисления гумусовых кислотПроисхождение циклических фрагментов молекул гумусовых кислот связано с разложением таких компонентов органических остатков,как лигнин и флавоноиды.Лигнин (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
