En komparativ studie av COSMO-baserte og statlige tilnærminger for prediksjon av solvasjonsenergier basert på COMPSOL-databanken

En komparativ studie av COSMO-baserte og statlige tilnærminger for prediksjon av solvasjonsenergier basert på COMPSOL-databanken

Beregningen av solvatiseringsenergier har mange bruksområder på flere felt, for eksempel design av separasjonsprosesser, farmakologi og medikamentdesign, og kinetisk modellering. Disse applikasjonene krever termodynamiske modeller som er i stand til nøyaktig å forutsi solvatiseringsenergier, som tar hensyn til temperaturavhengigheten til denne egenskapen, og som er raske og robuste. Innenfor dette rammeverket sammenlignet vi to COSMO-baserte kontinuumsløsningsmodeller (COSMO-RS og COSMO-SAC-dsp) med to versjoner av prediktive kubiske ligninger av tilstand som er godt anerkjent for deres effektivitet (PSRK og UMR-PRU). For dette formålet ble et stort eksperimentelt sett med 65 000 datapunkter hentet fra COMPSOL-databanken vurdert. Sammenligninger mellom beregnede og eksperimentelle data ble utført for Gibbs solvatiseringsenergi og, for første gang i litteraturen, for både entropi og solvatiseringsentalpi samtidig. For enklere binære blandinger, der hydrogenbinding ikke finner sted, var alle modellene i stand til å gi nøyaktige spådommer, med gjennomsnittlige absolutte avvik under 0,3 kcal/mol angående solvatiseringsenergien fra Gibbs. For mer komplekse assosierende blandinger viste COSMO-RS den beste korrelasjonen mellom eksperimentelle og beregnede data, spesielt for vandige systemer; blant EoS er det observert at PSRK-modellen gir best nøyaktighet.

Estimeringen av løsning Gibbs energi (Δsolv gᵢ) er en viktig sak i prosess- og produktdesign. Gitt at denne termodynamiske mengden er relatert til graden av affinitet mellom forskjellige kjemiske arter, kan den være svært nyttig, for eksempel ved valg av et passende løsningsmiddel for en separasjonsprosess eller en kjemisk reaksjon. Beregningen av solvatiseringsmengder er også en kritisk sak i farmakologi og legemiddeldesign, siden solvatiseringsfenomenet direkte påvirker affiniteten til et gitt biologisk aktivt stoff for målproteiner, så vel som dets løselighet og kjemiske stabilitet [1–4].

Solvatiseringsenergier er også nødvendig for væskefase detaljerte kjemiske kinetiske modeller, som involverer et stort antall reaksjoner og kjemiske arter, og er basert på gassfasemodeller utviklet for å simulere pyrolyse, forbrenning eller atmosfæriske oksidasjonsfenomener [5–8]. Disse eksemplene fremhever behovet for prediktive og nøyaktige metoder som kan forutsi solvatiseringsenergier og som samtidig er raske og robuste og kan brukes på et bredt spekter av kjemiske forbindelser. Som en merkbar funksjon dekker disse applikasjonene store temperaturområder, og derfor må modeller som brukes for solvatiseringsenergier inkludere en temperaturavhengighet som en forutsetning.