Un studiu comparativ al abordărilor bazate pe COSMO și pe ecuația de stat pentru predicția energiilor de solvație pe baza băncii de date COMPSOL

Un studiu comparativ al abordărilor bazate pe COSMO și pe ecuația de stat pentru predicția energiilor de solvație pe baza băncii de date COMPSOL

Calculul energiilor de solvație are multe utilizări în mai multe domenii, cum ar fi proiectarea proceselor de separare, farmacologia și proiectarea medicamentelor și modelarea cinetică. Aceste aplicații necesită modele termodinamice capabile să prezică cu precizie energiile de solvație, ținând cont de dependența de temperatură a acestei proprietăți și care sunt rapide și robuste. În acest cadru, am comparat două modele de solvație continuum bazate pe COSMO (COSMO-RS și COSMO-SAC-dsp) cu două versiuni de ecuații cubice predictive de stare bine-cunoscute pentru eficiența lor (PSRK și UMR-PRU). În acest scop, a fost luat în considerare un set experimental mare de 65.000 de puncte de date extrase din banca de date COMPSOL. S-au efectuat comparații între datele calculate și cele experimentale pentru energia de solvație Gibbs și, pentru prima dată în literatură, atât pentru entropia, cât și pentru entalpia de solvație simultan. Pentru amestecurile binare mai simple, în care legătura de hidrogen nu are loc, toate modelele au fost capabile să ofere predicții precise, cu abateri medii absolute sub 0,3 kcal/mol în ceea ce privește energia Gibbs de solvație. Pentru amestecuri de asociere mai complexe, COSMO-RS a arătat cea mai bună corelație între datele experimentale și cele calculate, în special pentru sistemele apoase; dintre EoS, se observă că modelul PSRK oferă cea mai bună acuratețe.

Estimarea energiei Gibbs de solvatare (Δsolv gᵢ) este o problemă importantă în proiectarea procesului și a produsului. Având în vedere că această mărime termodinamică este legată de gradul de afinitate dintre diferitele specii chimice, poate fi foarte utilă, de exemplu, în alegerea unui solvent adecvat pentru un proces de separare sau o reacție chimică. Calcularea cantităților de solvatare este, de asemenea, o chestiune critică în farmacologie și proiectarea medicamentelor, deoarece fenomenul de solvație afectează în mod direct afinitatea unei anumite substanțe biologic active pentru proteinele țintă, precum și solubilitatea și stabilitatea chimică a acesteia [1-4].

Energiile de solvație sunt, de asemenea, necesare pentru modelele cinetice chimice detaliate în fază lichidă, care implică un număr mare de reacții și specii chimice și se bazează pe modele în fază gazoasă dezvoltate pentru a simula fenomenele de piroliză, ardere sau oxidare atmosferică [5–8]. Aceste exemple evidențiază necesitatea unor metode predictive și precise care să poată prezice energiile de solvație și, în același timp, sunt rapide și robuste și pot fi aplicate la o gamă largă de compuși chimici. Ca o caracteristică remarcabilă, aceste aplicații acoperă intervale mari de temperatură și, prin urmare, modelele utilizate pentru energiile de solvatare trebuie să includă o dependență de temperatură ca o condiție prealabilă.