一种MCPA-ATR双除草剂共晶及其制备方法与应用

本发明涉及农药制剂与晶体工程，具体涉及一种由2-甲基-4-氯苯氧乙酸与莠去津（mcpa-atr）构成的双除草剂共晶及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着现代农业的持续发展，除草剂在保障粮食产量和提高农业生产效率方面发挥着重要作用。然而，部分除草剂在实际施用过程中存在挥发性较高的问题，易通过气相迁移至非靶标区域，从而对邻近敏感作物及生态环境造成潜在危害，限制了其安全、精准施用。

2、2-甲基-4-氯苯氧乙酸（2-methyl-4-chlorophenoxyacetic acid，简称mcpa，cas号94-74-6）是一类典型的苯氧羧酸类选择性除草剂，其结构式如式（i）所示，广泛应用于阔叶杂草的防除。然而，mcpa在使用过程中存在挥发性较强、易发生漂移污染的问题，进而影响其环境安全性；同时，其在环境中的快速释放特性亦限制了其持效期，降低了持续除草效果。此外，mcpa在土壤中具有一定的淋溶潜力，可能进一步增加地下水污染风险。

3、（i）

4、为降低除草剂的挥发性并调控其释放行为，现有技术通常采用以下策略：（1）对活性成分进行结构修饰，如制备其盐类或酯类衍生物；（2）通过添加助剂（如胺类化合物）改善其溶解性与施用性能；（3）构建缓释体系，例如yu等人（doi: 10.1002/cbdv.202502728）提到为了提高溶解度，商业化的mcpa除草剂配方中会添加胺类化合物，例如二甲胺和异丙胺，然而，胺类化合物在生产和使用过程中的挥发会对社会环境和生物体造成危害；专利cn108770849a公开了包含mcpa等除草剂在内的和其他至少一种单羧酸或其单羧酸化物的组合物；cao等人（doi: 10.1039/d1gc01349a）通过一种共沉淀法制备了负载除草剂的水滑石纳米材料，实现了同时降低除草剂挥发性和淋溶风险的控释农药体系。尽管上述方法在一定程度上改善了除草剂的性能，但仍存在明显局限性。例如，衍生化改性方法难以从分子层面根本抑制挥发行为；助剂体系增加了配方复杂性及潜在环境风险；而纳米载体或缓释体系则可能面临稳定性不足、环境归趋不明确以及规模化生产成本较高等问题。因此，开发一种既能有效降低挥发性、又能调控释放行为，同时具有结构稳定性和应用可行性的除草剂新型固态形式，仍具有重要研究意义和应用价值。此外，除草剂复配被广泛认为是一种提升除草效果的重要策略，通过组合不同作用机制的活性成分，可拓宽防治谱、提高药效并延缓杂草抗药性的产生。然而，现有复配方式主要以物理混合为主，各活性成分之间缺乏分子层面的相互作用，难以实现其理化性质及环境行为的协同调控。

5、共晶工程作为一种基于非共价相互作用（如氢键、π–π作用等）的晶体设计方法，为调控农药活性成分的物理化学性质提供了一种新的思路。通过将不同分子组装于同一晶格中，共晶能够在不改变分子共价结构的前提下，实现溶解性、稳定性及释放行为等性质的调节。然而，目前已报道的除草剂共晶体系多依赖于非活性的配体（cocrystal formers,ccfs），未能充分发挥多活性成分在单一固态结构中协同作用的潜力，同时，共晶体系的形成及其性质调控具有高度复杂性和不可预测性，即使对于相同组成的分子体系，不同结晶条件及分子堆积方式亦可能形成不同晶型，并表现出显著差异的理化性质及环境行为。

6、（ⅱ）

7、莠去津（atrazine，简称atr，cas号1912-24-9）是一种三嗪类广谱除草剂，对禾本科及部分阔叶杂草均具有良好防效，其结构式如式（ⅱ）所示,但其水溶性较低，可能限制其环境中的有效利用效率。基于此，若能将mcpa与atr通过共晶形式整合于同一晶体结构中，有望在保持其互补除草活性的同时，从分子层面调控其挥发性与溶解/释放行为，从而实现性能优化与环境风险降低。

8、需要指出的是，专利wo2020074852a1公开了一种mcpa与atr按摩尔比1:1形成的分子复合物，并通过甲苯溶剂体系下的降温结晶方法获得晶体产物。然而，该专利仅对所述复合物进行了初步表征，其晶体结构特征及晶型信息尚未得到充分揭示；同时，其结晶过程依赖甲苯等有机溶剂，存在环境及应用方面的潜在限制。更为重要的是，针对该分子复合物是否存在不同晶型以及不同晶型在挥发性、溶解性及释放行为等方面可能产生的显著差异，仍缺乏系统研究。

9、因此，如何在保持mcpa与atr协同除草活性的基础上，通过调控其晶体结构获得具有不同晶型且表现出改进挥发性、溶解性及释放行为的共晶形式，从而实现除草剂性能的进一步优化及环境风险的降低，仍是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种mcpa-atr双除草剂共晶及其简便高效的制备方法，该共晶具有较低的挥发性和适宜的溶出速率，可实现mcpa的缓释和atr的促释，有助于提高生物利用度，降低施用量及环境风险。

2、本发明的技术方案为：

3、第一方面，本发明提供了一种mcpa-atr双除草剂共晶。

4、所述的mcpa-atr双除草剂共晶的分子式为[c9h8clo3·c8h14cln5]，结构式如（ⅲ）所示，mcpa与atr的化学计量比为1:1。该新固体为三斜晶系，空间群为，晶胞参数为：

a＝4.5983(1) å、

b＝14.7482(4) å、

c＝15.7353(4) å，

α＝109.574(2)°，

β＝94.849(2)°，

γ＝90.916(2)°，晶胞体积为1000.73(4) å3，每个晶胞中含有2个mcpa- atr分子，见附图4所示。

5、

6、（ⅲ）

7、进一步地，其x-射线粉末衍射图谱在衍射角2θ＝6.38±0.2°、10.11±0.2°、11.97±0.2°、12.67±0.2°、14.25±0.2°、16.89±0.2°、18.13±0.2°、19.14±0.2°、20.33±0.2°、21.03±0.2°、21.94±0.2°、22.59±0.2°、24.28±0.2°、25.45±0.2°、25.92±0.2°、26.46±0.2°、27.00±0.2°、28.35±0.2°、29.77±0.2°、30.12±0.2°、30.63±0.2°、31.03±0.2°、31.38±0.2°、32.46±0.2°、34.86±0.2°、36.09±0.2°、36.34±0.2°、38.55±0.2°、39.21±0.2°处具有特征峰。

8、进一步地，其差示扫描量热曲线在121±1℃开始吸热，热重分析曲线从125±1℃开始失重，对应mcpa- atr双除草剂共晶的熔融分解过程。

9、进一步地，采用等温tga在75℃保持12小时，其质量损失为6.00%。

10、第二方面，本发明提供了一种mcpa-atr双除草剂共晶的制备方法。

11、本发明旨在提供一种mcpa-atr双除草剂共晶及其简便高效的制备方法。所得产物为无色透明针状晶体，具有较低的挥发性和适宜的溶出速率，有助于提高生物利用度，实现一喷多防，并降低劳动强度。

12、具体包括如下步骤：

13、（1）将mcpa与atr按摩尔比5:1~1:6混合，加入溶剂i和溶剂ii，在30~50℃下加热搅拌形成澄清溶液；其中，溶剂i选自水、丙酮、乙酸乙酯、异丙醇中的至少一种，溶剂ii选自甲醇、乙醇、乙腈中的至少一种；

14、（2）保持步骤（1）的温度恒温，以每小时挥发初始有机溶剂体积6~10%的速率挥发溶剂，至溶剂总挥发量为初始有机溶剂体积的70~90%，得到晶浆；

15、（3）将所得晶浆过滤，滤饼在40~50℃下干燥6~8h，得到mcpa-atr双除草剂共晶。

16、进一步地，步骤（1）中mcpa与atr的总质量与溶剂i的体积比为0.08~0.16 g/ml，与溶剂ii的体积比为0.04~0.08 g/ml。

17、进一步地，所述溶剂i为水，所述溶剂ii为甲醇。

18、优选地，在步骤（1）中，mcpa与atr在溶剂i和溶剂ii中的溶解温度为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃或室温。

19、优选地，在步骤（2）中，所述溶剂挥发速率为每小时挥发初始有机溶剂体积的6%、7%、8%、9%、10%。

20、优选地，在步骤（2）中，所述溶剂的总挥发量为初始有机溶剂体积的70%、75%、80%、85%、90%。

21、优选地，在步骤（3）中，晶体的干燥温度为40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃。

22、优选地，在步骤（3）中，干燥时间为6h、7h、8 h。

23、第三方面，本发明提供了所述mcpa-atr双除草剂共晶的应用。

24、所述mcpa-atr双除草剂共晶可用于制备除草剂，所述除草剂用于降低2-甲基-4-氯苯氧乙酸的挥发性，并同时实现2-甲基-4-氯苯氧乙酸的缓释和莠去津的促释。

25、第四方面，本发明提供了一种控制杂草的方法。

26、将所述mcpa-atr双除草剂共晶以除草有效量施用于植物、植物种子、植物生境或土壤。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、1.本发明共晶一方面能够显著降低mcpa的释放速率，实现缓释效果；另一方面可提高atr的溶解与释放性能，从而有利于提升其利用效率。在15℃、25℃和35℃条件下于纯水中的释放曲线表明，本发明共晶中mcpa的累积释放较纯mcpa分别降低33.7%、20.4%和20.4%，表现出良好的缓释特性；同时，共晶中atr的累积释放较纯atr分别提高19.8%、14.3%和11.8%，表现出显著的促释效果。该协同优化效果无法通过现有技术的简单物理复配或已知晶型合理预期获得。

29、2.本发明双除草剂共晶还表现出降低mcpa挥发性的效果，并具有良好的稳定性。上述性能改进源于其独特的分子间作用方式及晶体堆积结构，该结构差异无法由现有技术直接推导得到，体现出明显的不可预期性。因此，本发明在晶型设计及性能调控方面均具有显著的创造性。采用等温tga在75℃保持12小时，本发明mcpa-atr双除草剂共晶的质量损失为6.00%，而纯mcpa的质量损失为9.79%，按wo2020074852a1方法制备的mcpa-atr复合物的质量损失为6.58%。与纯mcpa相比，本发明共晶的质量损失降低约38.71%；与wo2020074852a1已知晶型相比，本发明共晶亦表现出更低的质量损失。

30、3.本发明双除草剂共晶在40℃、相对湿度75±5%条件下贮存8周，x射线粉末衍射图保持不变，晶体结构稳定，未发生晶型转变或明显降解。

31、4.本发明采用水与醇/酮类混合溶剂体系，避免了甲苯等有毒溶剂的使用，操作条件温和，能耗较低，溶剂用量较少，且所得产品结晶性良好、重复性高，适于工业化放大生产，具有良好的应用前景。