En sammenlignende undersøgelse af COSMO-baserede og statsligningsmetoder til forudsigelse af solvationsenergier baseret på COMPSOL-databasen

En sammenlignende undersøgelse af COSMO-baserede og statsligningsmetoder til forudsigelse af solvationsenergier baseret på COMPSOL-databasen

Beregningen af ​​solvatiseringsenergier har mange anvendelser inden for flere områder, såsom design af separationsprocesser, farmakologi og lægemiddeldesign og kinetisk modellering. Disse applikationer kræver termodynamiske modeller, der er i stand til nøjagtigt at forudsige solvatiseringsenergier, der tager højde for temperaturafhængigheden af ​​denne egenskab, og som er hurtige og robuste. Inden for denne ramme sammenlignede vi to COSMO-baserede kontinuumsløsningsmodeller (COSMO-RS og COSMO-SAC-dsp) med to versioner af prædiktive kubiske ligninger af tilstand, der er velkendt for deres effektivitet (PSRK og UMR-PRU). Til dette formål blev et stort forsøgssæt på 65.000 datapunkter udtrukket fra COMPSOL-databanken overvejet. Sammenligninger mellem beregnede og eksperimentelle data blev udført for Gibbs solvatiseringsenergi og, for første gang i litteraturen, for både entropi og solvatiseringsentalpi samtidigt. For enklere binære blandinger, hvor hydrogenbinding ikke finder sted, var alle modeller i stand til at give nøjagtige forudsigelser med gennemsnitlige absolutte afvigelser under 0,3 kcal/mol med hensyn til Gibbs solvatiseringsenergi. For mere komplekse associerende blandinger viste COSMO-RS den bedste korrelation mellem eksperimentelle og beregnede data, især for vandige systemer; blandt EoS er det observeret, at PSRK-modellen tilbyder den bedste nøjagtighed.

Estimeringen af ​​solvatisering Gibbs energi (Δsolv gᵢ) er et vigtigt emne i proces- og produktdesign. I betragtning af, at denne termodynamiske mængde er relateret til graden af ​​affinitet mellem forskellige kemiske arter, kan den være meget nyttig, for eksempel ved valget af et passende opløsningsmiddel til en separationsproces eller en kemisk reaktion. Beregningen af ​​solvatiseringsmængder er også et kritisk spørgsmål i farmakologi og lægemiddeldesign, da solvatiseringsfænomenet direkte påvirker affiniteten af ​​et givet biologisk aktivt stof til målproteiner, såvel som dets opløselighed og kemiske stabilitet [1-4].

Solvatiseringsenergier er også nødvendige for væskefase detaljerede kemiske kinetiske modeller, der involverer et stort antal reaktioner og kemiske arter, og er baseret på gasfasemodeller udviklet til at simulere pyrolyse, forbrænding eller atmosfæriske oxidationsfænomener [5-8]. Disse eksempler fremhæver behovet for prædiktive og nøjagtige metoder, der kan forudsige solvatiseringsenergier og samtidig er hurtige og robuste og kan anvendes på en lang række kemiske forbindelser. Som et bemærkelsesværdigt træk dækker disse applikationer store temperaturområder, og derfor skal modeller, der bruges til solvatiseringsenergier, inkludere en temperaturafhængighed som en forudsætning.