Uno studio comparativo degli approcci basati su COSMO e sull'equazione di stato per la previsione delle energie di solvatazione basato sulla banca dati COMPSOL

Uno studio comparativo degli approcci basati su COSMO e sull'equazione di stato per la previsione delle energie di solvatazione basato sulla banca dati COMPSOL

Il calcolo delle energie di solvatazione ha molti usi in diversi campi, come la progettazione di processi di separazione, la farmacologia e la progettazione di farmaci e la modellazione cinetica. Queste applicazioni richiedono modelli termodinamici in grado di prevedere con precisione le energie di solvatazione, tenendo conto della dipendenza dalla temperatura di questa proprietà, e che siano veloci e robusti. In questo quadro, abbiamo confrontato due modelli di solvatazione continua basati su COSMO (COSMO-RS e COSMO-SAC-dsp) con due versioni di equazioni cubiche di stato predittive ben riconosciute per la loro efficienza (PSRK e UMR-PRU). A questo scopo è stato considerato un ampio set sperimentale di 65.000 datapoint estratti dalla banca dati COMPSOL. Sono stati eseguiti confronti tra dati calcolati e sperimentali per l'energia di solvatazione di Gibbs e, per la prima volta in letteratura, sia per l'entropia che per l'entalpia di solvatazione simultaneamente. Per miscele binarie più semplici, in cui non avviene il legame idrogeno, tutti i modelli sono stati in grado di fornire previsioni accurate, con deviazioni medie assolute inferiori a 0,3 kcal/mol rispetto all'energia di Gibbs di solvatazione. Per miscele associative più complesse, COSMO-RS ha mostrato la migliore correlazione tra dati sperimentali e calcolati, soprattutto per i sistemi acquosi; tra gli EoS, si osserva che il modello PSRK offre la migliore precisione.

La stima dell'energia di Gibbs di solvatazione (Δsolv gᵢ) è una questione importante nella progettazione di processi e prodotti. Dato che questa grandezza termodinamica è legata al grado di affinità tra le diverse specie chimiche, può essere molto utile, ad esempio, nella scelta di un solvente adeguato per un processo di separazione o una reazione chimica. Il calcolo delle quantità di solvatazione è anche una questione critica in farmacologia e progettazione di farmaci, poiché il fenomeno della solvatazione influenza direttamente l'affinità di una data sostanza biologicamente attiva per le proteine ​​bersaglio, nonché la sua solubilità e stabilità chimica [1–4].

Le energie di solvatazione sono richieste anche per modelli cinetici chimici dettagliati in fase liquida, che coinvolgono un gran numero di reazioni e specie chimiche, e sono basati su modelli in fase gassosa sviluppati per simulare fenomeni di pirolisi, combustione o ossidazione atmosferica [5–8]. Questi esempi evidenziano la necessità di metodi predittivi e accurati in grado di prevedere le energie di solvatazione e allo stesso tempo che siano veloci e robusti e possano essere applicati a un’ampia gamma di composti chimici. Come caratteristica evidente, queste applicazioni coprono ampi intervalli di temperatura e pertanto i modelli utilizzati per le energie di solvatazione devono includere una dipendenza dalla temperatura come prerequisito.