Studi Banding Pendekatan Berbasis COSMO dan Equation-of-State untuk Prediksi Energi Solvasi Berdasarkan Bank Data COMPSOL

Studi Banding Pendekatan Berbasis COSMO dan Equation-of-State untuk Prediksi Energi Solvasi Berdasarkan Bank Data COMPSOL

Perhitungan energi solvasi memiliki banyak kegunaan di beberapa bidang, seperti desain proses pemisahan, farmakologi dan desain obat, serta pemodelan kinetik. Penerapan ini memerlukan model termodinamika yang mampu memprediksi energi solvasi secara akurat, memperhitungkan ketergantungan suhu pada sifat ini, serta cepat dan kuat. Dalam kerangka ini, kami membandingkan dua model solvasi kontinum berbasis COSMO (COSMO-RS dan COSMO-SAC-dsp) dengan dua versi persamaan kubik prediktif keadaan yang terkenal efisiensinya (PSRK dan UMR-PRU). Untuk tujuan ini, serangkaian eksperimen besar yang terdiri dari 65.000 titik data yang diambil dari bank data COMPSOL dipertimbangkan. Perbandingan antara data komputasi dan data eksperimen dilakukan untuk energi solvasi Gibbs dan, untuk pertama kalinya dalam literatur, untuk entropi dan entalpi solvasi secara bersamaan. Untuk campuran biner yang lebih sederhana, di mana ikatan hidrogen tidak terjadi, semua model mampu memberikan prediksi yang akurat, dengan deviasi absolut rata-rata di bawah 0,3 kkal/mol sehubungan dengan energi solvasi Gibbs. Untuk campuran asosiasi yang lebih kompleks, COSMO-RS menunjukkan korelasi terbaik antara data eksperimen dan perhitungan, terutama untuk sistem air; di antara EoS, model PSRK terlihat menawarkan akurasi terbaik.

Estimasi energi solvasi Gibbs (Δsolv gᵢ) merupakan isu penting dalam proses dan desain produk. Mengingat besaran termodinamika ini berkaitan dengan derajat afinitas antara spesies kimia yang berbeda, maka besaran ini dapat sangat berguna, misalnya, dalam pemilihan pelarut yang memadai untuk proses pemisahan atau reaksi kimia. Perhitungan jumlah solvasi juga merupakan hal yang penting dalam farmakologi dan desain obat, karena fenomena solvasi secara langsung mempengaruhi afinitas zat aktif biologis tertentu terhadap protein target, serta kelarutan dan stabilitas kimianya [1-4].

Energi solvasi juga diperlukan untuk model kinetik kimia fase cair yang terperinci, yang melibatkan sejumlah besar reaksi dan spesies kimia, dan didasarkan pada model fase gas yang dikembangkan untuk mensimulasikan fenomena pirolisis, pembakaran, atau oksidasi atmosfer [5-8]. Contoh-contoh ini menyoroti perlunya metode prediktif dan akurat yang dapat memprediksi energi solvasi dan pada saat yang sama cepat dan kuat serta dapat diterapkan pada berbagai senyawa kimia. Sebagai fitur yang menonjol, aplikasi ini mencakup rentang suhu yang luas dan oleh karena itu, model yang digunakan untuk energi solvasi harus menyertakan ketergantungan suhu sebagai prasyarat.