Estudio comparativo de enfoques basados en COSMO y en ecuaciones de estado para la predicción de energías de solvatación a partir de la base de datos COMPSOL

Estudio comparativo de enfoques basados en COSMO y en ecuaciones de estado para la predicción de energías de solvatación a partir de la base de datos COMPSOL

El cálculo de las energías de solvatación tiene muchos usos en varios campos, como el diseño de procesos de separación, la farmacología y el diseño de fármacos, y el modelado cinético. Estas aplicaciones requieren modelos termodinámicos capaces de predecir con precisión las energías de solvatación, teniendo en cuenta la dependencia de esta propiedad con la temperatura, y que sean rápidos y robustos. En este marco, comparamos dos modelos de solvatación continua basados ​​en COSMO (COSMO-RS y COSMO-SAC-dsp) con dos versiones de ecuaciones cúbicas predictivas de estado reconocidas por su eficiencia (PSRK y UMR-PRU). Para ello, se consideró un gran conjunto experimental de 65.000 puntos de datos extraídos del banco de datos COMPSOL. Se realizaron comparaciones entre datos calculados y experimentales para la energía de solvatación de Gibbs y, por primera vez en la literatura, para la entropía y la entalpía de solvatación simultáneamente. Para mezclas binarias más simples, en las que no se producen enlaces de hidrógeno, todos los modelos fueron capaces de proporcionar predicciones precisas, con desviaciones absolutas medias inferiores a 0,3 kcal/mol con respecto a la energía de Gibbs de solvatación. Para mezclas asociativas más complejas, COSMO-RS mostró la mejor correlación entre los datos experimentales y calculados, especialmente para sistemas acuosos; entre EoS, se observa que el modelo PSRK ofrece la mejor precisión.

La estimación de la energía de Gibbs de solvatación (Δsolv gᵢ) es un tema importante en el diseño de procesos y productos. Dado que esta cantidad termodinámica está relacionada con el grado de afinidad entre diferentes especies químicas, puede resultar de gran utilidad, por ejemplo, en la selección de un disolvente adecuado para un proceso de separación o una reacción química. El cálculo de las cantidades de solvatación también es una cuestión crítica en farmacología y diseño de fármacos, ya que el fenómeno de solvatación afecta directamente la afinidad de una sustancia biológicamente activa dada por las proteínas diana, así como su solubilidad y estabilidad química [1–4].

Las energías de solvatación también son necesarias para modelos cinéticos químicos detallados en fase líquida, que involucran una gran cantidad de reacciones y especies químicas, y se basan en modelos en fase gaseosa desarrollados para simular fenómenos de pirólisis, combustión u oxidación atmosférica [5–8]. Estos ejemplos resaltan la necesidad de métodos predictivos y precisos que puedan predecir las energías de solvatación y, al mismo tiempo, que sean rápidos y robustos y puedan aplicarse a una amplia gama de compuestos químicos. Como característica notable, estas aplicaciones cubren grandes rangos de temperatura y, por lo tanto, los modelos utilizados para energías de solvatación deben incluir una dependencia de la temperatura como requisito previo.