Abundant Nonprotonated Aromatic and Oxygen-Bonded Carbons Make Humic Substances Distinct from Biopolymers

Resumo

A natureza das substâncias húmicas (SHs) extraídas da matéria orgânica do solo e a sua distinção do material vegetal degradante foram recentemente postas em questão. Análises quantitativas de ressonância magnética nuclear (RMN) de estado sólido 13C, em boa concordância com a análise elementar, mostram que SHs são distintos de biopolímeros comuns, refutando alegações em contrário feitas com base na detecção de espectros de 1H de RMN do mesmo ácido húmico de turfa padrão neste estudo. Os carbonos aromáticos não ligados ao hidrogênio ou oxigênio, que são raros (10%) em biomoléculas comuns, constituem uma grande fração (28% – 33%) do solo da pradaria e dos ácidos húmicos da turfa. Carbonos não-protonados ligados ao oxigênio, tais como cetonas de arila, alquil C-O não-protonado e grupos abundantes de COOH também são característicos de ácidos húmicos e fúlvicos, mas não observados em biopolímeros de plantas.  Estas diferenças estruturais distintivas entre SHs e biopolímeros desafiam a proposta recente de que os SHs são intermediários comuns em um continuum de biomoléculas de degradação.

Abstract

The nature of humic substances (HSs) extracted from soil organic matter and their distinction from degrading plant material has recently been called into question. Quantitative solid-state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) analyses, in good agreement with elemental analysis, show that HSs are distinct from common biopolymers, refuting claims to the contrary made based on 1H-detected NMR spectra of the same standard peat humic acid as studied here. Aromatic carbons not bonded to hydrogen or oxygen, which are rare (≤10%) in common biomolecules, constitute a large fraction (28%−33%) of prairie soil and peat humic acids. Oxygen-bonded nonprotonated carbons such as aryl ketones, nonprotonated alkyl C−O, and abundant COOH groups are also characteristic of humic and fulvic acids but not observed in plant biopolymers. These distinctive structural differences between HSs and biopolymers challenge the recent proposal that HSs are unremarkable intermediates in a continuum of degrading biomolecules.