COSMO-alapú és állapotegyenlet-megközelítések összehasonlító vizsgálata a szolvációs energiák előrejelzésére a COMPSOL Adatbank alapján

COSMO-alapú és állapotegyenlet-megközelítések összehasonlító vizsgálata a szolvációs energiák előrejelzésére a COMPSOL Adatbank alapján

A szolvatációs energiák számításának számos felhasználási területe van, mint például az elválasztási folyamatok tervezésében, a farmakológiában és a gyógyszertervezésben, valamint a kinetikai modellezésben. Ezek az alkalmazások olyan termodinamikai modelleket igényelnek, amelyek képesek pontosan megjósolni a szolvatációs energiákat, figyelembe véve ennek a tulajdonságnak a hőmérséklet-függőségét, és amelyek gyorsak és robusztusak. Ennek keretében két COSMO-alapú kontinuum szolvációs modellt (COSMO-RS és COSMO-SAC-dsp) hasonlítottunk össze a prediktív köbös állapotegyenletek két, hatékonyságukról jól ismert változatával (PSRK és UMR-PRU). Ebből a célból a COMPSOL adatbankból kinyert, 65 000 adatpontból álló nagy kísérleti halmazt vettek figyelembe. A számított és a kísérleti adatok összehasonlítását a Gibbs-szolvatációs energiára, valamint a szakirodalomban először a szolvatáció entrópiájára és entalpiájára egyidejűleg végeztük. Az egyszerűbb bináris keverékek esetében, amelyekben nem megy végbe hidrogénkötés, minden modell képes volt pontos előrejelzést adni, a szolvatációs Gibbs-energiára vonatkozó átlagos abszolút eltérés 0,3 kcal/mol alatt volt. Bonyolultabb asszociációs keverékek esetén a COSMO-RS mutatta a legjobb korrelációt a kísérleti és a számított adatok között, különösen vizes rendszerek esetében; az EoS között megfigyelhető, hogy a PSRK modell kínálja a legjobb pontosságot.

A szolvatációs Gibbs-energia (Δsolv gᵢ) becslése fontos kérdés a folyamat- és terméktervezésben. Tekintettel arra, hogy ez a termodinamikai mennyiség a különböző kémiai fajok közötti affinitás mértékével függ össze, nagyon hasznos lehet például a megfelelő oldószer kiválasztásában egy elválasztási folyamathoz vagy kémiai reakcióhoz. A szolvatációs mennyiségek számítása a farmakológiában és a gyógyszertervezésben is kritikus kérdés, mivel a szolvatációs jelenség közvetlenül befolyásolja egy adott biológiailag aktív anyag célfehérjékhez való affinitását, oldhatóságát és kémiai stabilitását [1–4].

Szolvatációs energiákra van szükség a folyadékfázisú részletes kémiai kinetikai modellekhez is, amelyek nagyszámú reakciót és kémiai anyagot foglalnak magukban, és a pirolízis, az égés vagy a légköri oxidációs jelenségek szimulálására kifejlesztett gázfázisú modelleken alapulnak [5–8]. Ezek a példák rávilágítanak arra, hogy olyan prediktív és pontos módszerekre van szükség, amelyek megjósolhatják a szolvatációs energiákat, ugyanakkor gyorsak és robusztusak, és kémiai vegyületek széles körében alkalmazhatók. Figyelemre méltó jellemzőként ezek az alkalmazások nagy hőmérséklet-tartományokat fednek le, ezért a szolvatációs energiákra használt modelleknek előfeltételként tartalmazniuk kell a hőmérséklet-függőséget.