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On the degradation pathway of glyphosate and glycine.
Environ Sci Process Impacts · 2018 · 20:1148-1157 · PMID 29987286 · 등급6 세포·모델 모델링연구 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해
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가장 널리 사용되는 제초제인 글리포세이트의 물 중 분해는 여전히 논쟁 중이다. 이 과정에 대한 실험적 불일치가 존재하며, 어떠한 결론을 뒷받침하는 이론적 연구는 몇 가지에 불과하다. 게다가, 글리포세이트와 글라이신 간의 관계가 과소평가되어 왔다. 구조적 유사성 외에도, 글라이신은 글리포세이트 분해의 산물이므로, 이들의 연구는 상호 보완적이다. 본 연구에서는 물 속에서 글리포세이트 분자와 글라이신 분자의 분해에 대한 두 가지 메커니즘을 제안하였다. 이러한 메커니즘들은 양자역학 계산을 이용하여 탐구되었다. 반응 경로를 결정하기 위해 결합된 미세용매화/PCM 접근법이 적용되어 전이 상태를 찾아 특성화하였다. 그 결과, 분해 과정은 C-C 결합 절단을 통해 일어날 수 있으며, 이 과정은 양성자 이동과 $\text{CO}_2$ 탈착이 동시에 발생하는 협력적 메커니즘을 따른다는 것이 밝혀졌다. 두 번째 메커니즘은 디카르복실화(decarboxylation)와 그에 이은 양성자 이동의 두 단계로 이루어졌다. 물 분자는 아민기(또는 글리포세이트의 경우 포스포네이트기)로부터의 양성자 이동을 위한 통로 역할을 하였다. 그 기능은 물 매개 디카르복실화를 보조하는 것이었다. 이 특정 사례들에서, 활성화 자유 에너지는 각각 글라이신 구조와 글리포세이트 구조에 대해 $42.68$ 및 $42.28 \text{ kcal mol}^{-1}$이었다. 이러한 결과는 글리포세이트의 광분해 및 열분해뿐만 아니라 글라이신의 자발적 디카르복실화와도 일치하였다. 협력적 메커니즘은 글리포세이트 분자에서 C-P 및 C-N 결합 절단을 유도할 것으로 예상된다.
ORIGINAL ABSTRACT
The degradation in water of the most widespread herbicide, glyphosate, is still under debate. Experimental disagreements on this process exist and there are only a few theoretical studies to support any conclusions. Moreover, the relationship between glyphosate and glycine is underestimated. Besides the structural similarity, glycine is a product of glyphosate degradation; hence, their studies are complementary. In this study, two mechanisms for the decomposition of the glyphosate molecule and glycine molecule in water are proposed. These mechanisms were explored by using quantum mechanical calculations. A combined microsolvation/PCM approach was employed to find and characterize their transition states, by which the reaction pathways were determined via the IRC method. The results have shown that the degradation processes might occur via a C-C bond cleavage, through a concerted mechanism, whereby the proton transfers and the CO2 detachments occur simultaneously. The second mechanism had two consecutive steps, a decarboxylation followed by the proton transfers. The water molecules served as a conduit for the proton transfers, away from the amine group (or the phosphonate, glyphosate case). Their function was to assist the reactions in a water-mediated decarboxylation. In these particular cases, the free energy of activation was 42.68 and 42.28 kcal mol-1 for the glycine structure and the glyphosate structure, respectively. These results agreed with the photodegradation and thermodegradation of glyphosate, as well as with the spontaneous decarboxylation of glycine. A concerted mechanism might be expected to yield C-P and C-N bond cleavages in the glyphosate molecule.
저자Lopes Catão, A. J.; López-Castillo, A.
저널Environmental science. Processes & impacts
권·호·쪽20(8), 1148-1157
PMID29987286
DOI10.1039/c8em00119g
MeSHGlycine; Herbicides; Water; Water Pollutants, Chemical; Glyphosate
APA 7판
Lopes Catão, A. J., & López-Castillo, A. (2018). On the degradation pathway of glyphosate and glycine. Environ Sci Process Impacts, 20(8), 1148-1157. https://doi.org/10.1039/c8em00119g
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