Srovnávací studie přístupů založených na COSMO a stavových rovnicích pro predikci solvačních energií na základě databanky COMPSOL

Srovnávací studie přístupů založených na COSMO a stavových rovnicích pro predikci solvačních energií na základě databanky COMPSOL

Výpočet solvatačních energií má mnoho použití v několika oblastech, jako je návrh separačních procesů, farmakologie a návrh léčiv a kinetické modelování. Tyto aplikace vyžadují termodynamické modely schopné přesně předpovídat solvatační energie, zohledňující teplotní závislost této vlastnosti, a které jsou rychlé a robustní. V tomto rámci jsme porovnali dva modely solvatace kontinua založené na COSMO (COSMO-RS a COSMO-SAC-dsp) se dvěma verzemi prediktivních kubických stavových rovnic, které jsou dobře známé pro svou účinnost (PSRK a UMR-PRU). Za tímto účelem byla zvažována velká experimentální sada 65 000 datových bodů extrahovaných z databanky COMPSOL. Srovnání mezi vypočtenými a experimentálními daty byla provedena pro Gibbsovu solvatační energii a poprvé v literatuře pro entropii i entalpii solvatace současně. Pro jednodušší binární směsi, ve kterých nedochází k vodíkové vazbě, byly všechny modely schopny poskytovat přesné předpovědi s průměrnými absolutními odchylkami pod 0,3 kcal/mol ohledně solvatační Gibbsovy energie. U složitějších sdružovacích směsí vykazoval COSMO-RS nejlepší korelaci mezi experimentálními a vypočtenými daty, zejména pro vodné systémy; mezi EoS bylo pozorováno, že model PSRK nabízí nejlepší přesnost.

Odhad solvatační Gibbsovy energie (Δsolv gᵢ) je důležitou otázkou při návrhu procesu a produktu. Vzhledem k tomu, že tato termodynamická veličina souvisí se stupněm afinity mezi různými chemickými druhy, může být velmi užitečná například při výběru vhodného rozpouštědla pro separační proces nebo chemickou reakci. Výpočet solvatačních množství je také kritickou záležitostí ve farmakologii a designu léků, protože fenomén solvatace přímo ovlivňuje afinitu dané biologicky aktivní látky k cílovým proteinům, stejně jako její rozpustnost a chemickou stabilitu [1–4].

Solvační energie jsou také vyžadovány pro podrobné chemické kinetické modely v kapalné fázi, které zahrnují velký počet reakcí a chemických druhů a jsou založeny na modelech v plynné fázi vyvinutých pro simulaci pyrolýzy, spalování nebo atmosférické oxidace [5–8]. Tyto příklady zdůrazňují potřebu prediktivních a přesných metod, které mohou předpovídat solvatační energie a zároveň jsou rychlé a robustní a lze je aplikovat na širokou škálu chemických sloučenin. Pozoruhodným rysem je, že tyto aplikace pokrývají velké rozsahy teplot, a proto modely používané pro solvatační energie musí jako předpoklad zahrnovat teplotní závislost.