Een vergelijkende studie van op COSMO gebaseerde en staatsvergelijkingsbenaderingen voor de voorspelling van solvatie-energieën, gebaseerd op de COMPSOL-databank

Een vergelijkende studie van op COSMO gebaseerde en staatsvergelijkingsbenaderingen voor de voorspelling van solvatie-energieën, gebaseerd op de COMPSOL-databank

De berekening van solvatatie-energieën kent vele toepassingen op verschillende gebieden, zoals het ontwerp van scheidingsprocessen, farmacologie en medicijnontwerp, en kinetische modellering. Deze toepassingen vereisen thermodynamische modellen die in staat zijn om solvatatie-energieën nauwkeurig te voorspellen, rekening houdend met de temperatuurafhankelijkheid van deze eigenschap, en die snel en robuust zijn. Binnen dit raamwerk hebben we twee op COSMO gebaseerde modellen voor continuümsolvatatie (COSMO-RS en COSMO-SAC-dsp) vergeleken met twee versies van voorspellende kubieke toestandsvergelijkingen die goed bekend staan ​​om hun efficiëntie (PSRK en UMR-PRU). Voor dit doel werd een grote experimentele set van 65.000 datapunten uit de COMPSOL-databank overwogen. Vergelijkingen tussen berekende en experimentele gegevens werden uitgevoerd voor Gibbs-solvatatie-energie en, voor het eerst in de literatuur, tegelijkertijd voor zowel entropie als enthalpie van solvatatie. Voor eenvoudigere binaire mengsels, waarin geen waterstofbinding plaatsvindt, waren alle modellen in staat nauwkeurige voorspellingen te doen, met gemiddelde absolute afwijkingen van minder dan 0,3 kcal/mol met betrekking tot de solvatatie-Gibbs-energie. Voor complexere associatiemengsels toonde COSMO-RS de beste correlatie tussen experimentele en berekende gegevens, vooral voor waterige systemen; onder EoS wordt opgemerkt dat het PSRK-model de beste nauwkeurigheid biedt.

De schatting van de solvatie-Gibbs-energie (Δsolv gᵢ) is een belangrijk onderwerp bij proces- en productontwerp. Gegeven dat deze thermodynamische grootheid verband houdt met de mate van affiniteit tussen verschillende chemische soorten, kan deze bijvoorbeeld zeer nuttig zijn bij de selectie van een geschikt oplosmiddel voor een scheidingsproces of een chemische reactie. De berekening van solvatatiehoeveelheden is ook een cruciale kwestie in de farmacologie en het ontwerpen van geneesmiddelen, omdat het solvatatiefenomeen rechtstreeks invloed heeft op de affiniteit van een bepaalde biologisch actieve stof voor doeleiwitten, evenals op de oplosbaarheid en chemische stabiliteit ervan [1–4].

Solvatie-energieën zijn ook vereist voor gedetailleerde chemische kinetische modellen in de vloeistoffase, die een groot aantal reacties en chemische soorten omvatten, en zijn gebaseerd op gasfasemodellen die zijn ontwikkeld om pyrolyse-, verbrandings- of atmosferische oxidatiefenomenen te simuleren [5–8]. Deze voorbeelden benadrukken de behoefte aan voorspellende en nauwkeurige methoden die solvatatie-energieën kunnen voorspellen en tegelijkertijd snel en robuust zijn en kunnen worden toegepast op een breed scala aan chemische verbindingen. Een opvallend kenmerk is dat deze toepassingen een groot temperatuurbereik bestrijken en daarom moeten modellen die voor solvatatie-energieën worden gebruikt een temperatuurafhankelijkheid als voorwaarde hebben.