Understanding How Synthetic Impurities Affect Glyphosate Solubility and Crystal Growth Using Free Energy Calculations and Molecular Dynamics Simulations.
J Phys Chem B · 2026 · 130:3217-3226 · PMID 41774543 · 등급6 세포·모델 모델링연구 · 물질과 작용기전 > 화학·물성
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글리포세이트는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 제초제로, 합성 과정에서 유래된 불순물에 의해 강하게 영향을 받는 복잡한 분자 간 상호작용을 통해 결정화된다. 이 과정을 분자 수준에서 이해하는 것은 생산 최적화, 제품 품질 보장 및 환경 영향 평가에 매우 중요하다. 본 연구에서는 직접 공존 분자 동역학 시뮬레이션과 자유 에너지 계산을 이용하여 흔한 합성 부산물인 글리신이 수용액 상태에서 글리포세이트의 용해도와 결정 성장을 어떻게 조절하는지 규명하였다. 우리의 시뮬레이션은 글리신이 결정화를 방해하는 두 가지 주요 메커니즘을 확인하였다. 첫째, 직접 공존 시뮬레이션은 글리신이 결정 표면에 우선적으로 흡착되어 글리포세이트의 부착을 방해하고 성장을 늦춘다는 것을 보여주었다. 둘째, 자유 에너지 계산은 글리신이 글리포세이트의 용해도를 증가시켜 결정상으로 통합되는 과포화 구동력을 감소시킨다는 것을 입증하였다. 실험적 측정 결과는 우리의 예측을 뒷받침하며, 글리신을 포함하는 시스템에서 용해도 증가와 결정화 속도 감소를 모두 확인하였다. 이러한 발견들은 일반적으로 불활성 불순물로 간주되는 글리신이 용해 촉진을 통해 글리포세이트의 결정화를 능동적으로 방해함을 확립한다. 더 넓게는, 이 통합적인 계산-실험적 접근 방식은 분자 시뮬레이션이 결정화 과정에서 불순물 효과, 계면 현상 및 용액 열역학을 분리하는 강력한 힘을 강조하며, 산업 프로토콜 최적화와 관련 환경 조건 하에서의 농약제 거동 예측에 대한 분자 수준의 통찰력을 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate, the most widely used herbicide worldwide, crystallizes through complex intermolecular interactions that are strongly influenced by synthesis-derived impurities. Understanding this process at the molecular scale is critical for optimizing production, ensuring product quality, and assessing the environmental impact. Here, we employ direct coexistence molecular dynamics simulations and free energy calculations to elucidate how glycine─a prevalent synthesis byproduct─modulates glyphosate solubility and crystal growth in aqueous solutions. Our simulations identify two major mechanisms by which glycine hinders crystallization. First, direct coexistence simulations show that glycine preferentially adsorbs at crystal surfaces, hindering glyphosate attachment and slowing growth. Second, free energy calculations demonstrate that glycine enhances glyphosate solubility, reducing the supersaturation driving force to incorporate into the crystal phase. Experimental measurements corroborate our predictions, confirming both enhanced solubility and reduced crystallization kinetics in the glycine-bearing systems. These findings establish that glycine─typically considered an inert impurity─actively disrupts glyphosate crystallization by promoting its dissolution. More broadly, this integrated computational-experimental approach highlights the power of molecular simulations to disentangle impurity effects, interfacial phenomena, and solution thermodynamics in crystallization, providing molecular-level insights for optimizing industrial protocols and predicting agrochemical behavior under relevant environmental conditions.| 저자 | Castro, A.; Sanchez-Burgos, I.; H Espejo, N.; Garaizar, A.; Maggioni, G. M.; Espinosa, J. R. |
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| 저널 | The journal of physical chemistry. B |
| 권·호·쪽 | 130(11), 3217-3226 |
| PMID | 41774543 |
| DOI | 10.1016/0960-8974(96)00008-3 |