Сравнительное исследование подходов на основе COSMO и уравнений состояния для прогнозирования сольватных энергий на основе банка данных COMPSOL

Сравнительное исследование подходов на основе COSMO и уравнений состояния для прогнозирования сольватных энергий на основе банка данных COMPSOL

Вычисление энергии сольватации имеет множество применений в нескольких областях, таких как разработка процессов разделения, фармакология и разработка лекарств, а также кинетическое моделирование. Для этих приложений требуются термодинамические модели, способные точно прогнозировать энергию сольватации с учетом температурной зависимости этого свойства, а также быстрые и надежные модели. В рамках этой работы мы сравнили две модели континуальной сольватации на основе COSMO (COSMO-RS и COSMO-SAC-dsp) с двумя версиями прогнозирующих кубических уравнений состояния, хорошо зарекомендовавшими себя своей эффективностью (PSRK и UMR-PRU). Для этой цели был рассмотрен большой экспериментальный набор из 65 000 точек данных, извлеченных из банка данных COMPSOL. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных данных по энергии сольватации Гиббса и впервые в литературе одновременно по энтропии и энтальпии сольватации. Для более простых бинарных смесей, в которых не возникает водородных связей, все модели были способны давать точные предсказания со средними абсолютными отклонениями ниже 0,3 ккал/моль относительно энергии Гиббса сольватации. Для более сложных связывающих смесей COSMO-RS показал наилучшую корреляцию экспериментальных и расчетных данных, особенно для водных систем; Среди EoS замечено, что модель PSRK обеспечивает наилучшую точность.

Оценка сольватной энергии Гиббса (Δsolv gᵢ) является важным вопросом при проектировании процессов и продуктов. Учитывая, что эта термодинамическая величина связана со степенью сродства между различными химическими соединениями, она может быть очень полезной, например, при выборе подходящего растворителя для процесса разделения или химической реакции. Расчет сольватационных величин также является важным вопросом в фармакологии и разработке лекарств, поскольку явление сольватации напрямую влияет на сродство данного биологически активного вещества к целевым белкам, а также на его растворимость и химическую стабильность [1–4].

Энергии сольватации также необходимы для детальных химических кинетических моделей жидкой фазы, которые включают большое количество реакций и химических веществ и основаны на газофазных моделях, разработанных для моделирования явлений пиролиза, горения или атмосферного окисления [5–8]. Эти примеры подчеркивают необходимость в прогнозирующих и точных методах, которые могут предсказывать энергию сольватации и в то же время являются быстрыми и надежными и могут применяться к широкому спектру химических соединений. Примечательной особенностью является то, что эти приложения охватывают большие диапазоны температур, и поэтому модели, используемые для энергии сольватации, должны включать температурную зависимость в качестве предварительного условия.