Étude comparative des approches COSMO et des équations d'état pour la prédiction des énergies de solvatation à partir de la base de données COMPSOL

Étude comparative des approches COSMO et des équations d'état pour la prédiction des énergies de solvatation à partir de la base de données COMPSOL

Le calcul des énergies de solvatation a de nombreuses utilisations dans plusieurs domaines, tels que la conception de procédés de séparation, la pharmacologie et la conception de médicaments, ainsi que la modélisation cinétique. Ces applications nécessitent des modèles thermodynamiques capables de prédire avec précision les énergies de solvatation, tenant compte de la dépendance de cette propriété à la température, et qui soient rapides et robustes. Dans ce cadre, nous avons comparé deux modèles de solvatation continue basés sur COSMO (COSMO-RS et COSMO-SAC-dsp) avec deux versions d'équations d'état cubiques prédictives reconnues pour leur efficacité (PSRK et UMR-PRU). À cette fin, un vaste ensemble expérimental de 65 000 points de données extraits de la banque de données COMPSOL a été pris en compte. Des comparaisons entre les données calculées et expérimentales ont été effectuées simultanément pour l'énergie de solvatation de Gibbs et, pour la première fois dans la littérature, pour l'entropie et l'enthalpie de solvatation. Pour les mélanges binaires plus simples, dans lesquels la liaison hydrogène n’a pas lieu, tous les modèles étaient capables de fournir des prédictions précises, avec des écarts absolus moyens inférieurs à 0,3 kcal/mol concernant l’énergie de Gibbs de solvatation. Pour les mélanges associatifs plus complexes, COSMO-RS a montré la meilleure corrélation entre les données expérimentales et calculées, notamment pour les systèmes aqueux ; parmi les EoS, on observe que le modèle PSRK offre la meilleure précision.

L'estimation de l'énergie de solvatation de Gibbs (Δsolv gᵢ) est une question importante dans la conception de procédés et de produits. Etant donné que cette grandeur thermodynamique est liée au degré d'affinité entre différentes espèces chimiques, elle peut être très utile, par exemple, dans la sélection d'un solvant adéquat pour un procédé de séparation ou une réaction chimique. Le calcul des quantités de solvatation est également une question critique en pharmacologie et en conception de médicaments, puisque le phénomène de solvatation affecte directement l'affinité d'une substance biologiquement active donnée pour les protéines cibles, ainsi que sa solubilité et sa stabilité chimique [1-4].

Les énergies de solvatation sont également nécessaires pour les modèles cinétiques chimiques détaillés en phase liquide, qui impliquent un grand nombre de réactions et d'espèces chimiques, et sont basés sur des modèles en phase gazeuse développés pour simuler les phénomènes de pyrolyse, de combustion ou d'oxydation atmosphérique [5-8]. Ces exemples soulignent la nécessité de méthodes prédictives et précises, capables de prédire les énergies de solvatation, tout en étant rapides et robustes, et pouvant être appliquées à un large éventail de composés chimiques. Il convient de noter que ces applications couvrent de larges plages de températures et que, par conséquent, les modèles utilisés pour les énergies de solvatation doivent inclure une dépendance à la température comme condition préalable.