Συγκριτική μελέτη προσεγγίσεων που βασίζονται σε COSMO και σε εξίσωση κατάστασης για την πρόβλεψη ενεργειών επίλυσης με βάση την τράπεζα δεδομένων COMPSOL

Συγκριτική μελέτη προσεγγίσεων που βασίζονται σε COSMO και σε εξίσωση κατάστασης για την πρόβλεψη ενεργειών επίλυσης με βάση την τράπεζα δεδομένων COMPSOL

Ο υπολογισμός των ενεργειών διαλυτοποίησης έχει πολλές χρήσεις σε διάφορους τομείς, όπως ο σχεδιασμός διαδικασιών διαχωρισμού, η φαρμακολογία και ο σχεδιασμός φαρμάκων και η κινητική μοντελοποίηση. Αυτές οι εφαρμογές απαιτούν θερμοδυναμικά μοντέλα ικανά να προβλέπουν με ακρίβεια τις ενέργειες διαλυτοποίησης, να υπολογίζουν την εξάρτηση από τη θερμοκρασία αυτής της ιδιότητας και τα οποία είναι γρήγορα και στιβαρά. Σε αυτό το πλαίσιο, συγκρίναμε δύο μοντέλα συνεχούς διαλυτοποίησης που βασίζονται στο COSMO (COSMO-RS και COSMO-SAC-dsp) με δύο εκδόσεις προγνωστικών κυβικών εξισώσεων κατάστασης που είναι καλά αναγνωρισμένες για την αποτελεσματικότητά τους (PSRK και UMR-PRU). Για το σκοπό αυτό, εξετάστηκε ένα μεγάλο πειραματικό σύνολο 65.000 σημείων δεδομένων που εξήχθησαν από τη βάση δεδομένων COMPSOL. Πραγματοποιήθηκαν συγκρίσεις μεταξύ υπολογιστικών και πειραματικών δεδομένων για την ενέργεια διαλυτότητας Gibbs και, για πρώτη φορά στη βιβλιογραφία, τόσο για την εντροπία όσο και για την ενθαλπία της διαλυτότητας ταυτόχρονα. Για απλούστερα δυαδικά μείγματα, στα οποία δεν λαμβάνει χώρα δεσμός υδρογόνου, όλα τα μοντέλα ήταν ικανά να παρέχουν ακριβείς προβλέψεις, με μέσες απόλυτες αποκλίσεις κάτω από 0,3 kcal/mol σχετικά με την ενέργεια Gibbs της διαλυτοποίησης. Για πιο πολύπλοκα συνδυαστικά μείγματα, το COSMO-RS έδειξε την καλύτερη συσχέτιση μεταξύ πειραματικών και υπολογισμένων δεδομένων, ειδικά για υδατικά συστήματα. μεταξύ των EoS, παρατηρείται ότι το μοντέλο PSRK προσφέρει την καλύτερη ακρίβεια.

Η εκτίμηση της ενέργειας Gibbs επίλυσης (Δsolv gᵢ) είναι ένα σημαντικό ζήτημα στο σχεδιασμό της διαδικασίας και του προϊόντος. Δεδομένου ότι αυτή η θερμοδυναμική ποσότητα σχετίζεται με τον βαθμό συγγένειας μεταξύ διαφορετικών χημικών ειδών, μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη, για παράδειγμα, στην επιλογή ενός επαρκούς διαλύτη για μια διαδικασία διαχωρισμού ή μια χημική αντίδραση. Ο υπολογισμός των ποσοτήτων διαλυτοποίησης είναι επίσης ένα κρίσιμο ζήτημα στη φαρμακολογία και στο σχεδιασμό φαρμάκων, καθώς το φαινόμενο της διαλυτοποίησης επηρεάζει άμεσα τη συγγένεια μιας δεδομένης βιολογικά δραστικής ουσίας για τις πρωτεΐνες στόχους, καθώς και τη διαλυτότητα και τη χημική της σταθερότητα [1-4].

Απαιτούνται επίσης ενέργειες διάλυσης για λεπτομερή χημικά κινητικά μοντέλα υγρής φάσης, που περιλαμβάνουν μεγάλο αριθμό αντιδράσεων και χημικών ειδών και βασίζονται σε μοντέλα αέριας φάσης που αναπτύχθηκαν για την προσομοίωση φαινομένων πυρόλυσης, καύσης ή ατμοσφαιρικής οξείδωσης [5-8]. Αυτά τα παραδείγματα υπογραμμίζουν την ανάγκη για προγνωστικές και ακριβείς μεθόδους που μπορούν να προβλέψουν ενέργειες διαλυτοποίησης και ταυτόχρονα είναι γρήγορες και ισχυρές και μπορούν να εφαρμοστούν σε ένα ευρύ φάσμα χημικών ενώσεων. Ως αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό, αυτές οι εφαρμογές καλύπτουν μεγάλα εύρη θερμοκρασίας και ως εκ τούτου, τα μοντέλα που χρησιμοποιούνται για ενέργειες διαλυτοποίησης πρέπει να περιλαμβάνουν μια εξάρτηση από τη θερμοκρασία ως προαπαιτούμενο.