En jämförande studie av COSMO-baserade och ekvation-av-statsmetoder för förutsägelse av solvationsenergier baserad på COMPSOL-databanken

En jämförande studie av COSMO-baserade och ekvation-av-statsmetoder för förutsägelse av solvationsenergier baserad på COMPSOL-databanken

Beräkningen av solvatiseringsenergier har många användningsområden inom flera områden, såsom design av separationsprocesser, farmakologi och läkemedelsdesign och kinetisk modellering. Dessa applikationer kräver termodynamiska modeller som kan exakt förutsäga solvatiseringsenergier, ta hänsyn till temperaturberoendet för denna egenskap, och som är snabba och robusta. Inom detta ramverk jämförde vi två COSMO-baserade kontinuumlösningsmodeller (COSMO-RS och COSMO-SAC-dsp) med två versioner av prediktiva kubiska ekvationer av tillstånd som är välkända för sin effektivitet (PSRK och UMR-PRU). För detta ändamål övervägdes en stor experimentell uppsättning av 65 000 datapunkter extraherade från COMPSOL-databanken. Jämförelser mellan beräknade och experimentella data utfördes för Gibbs solvatiseringsenergi och, för första gången i litteraturen, för både entropi och solvatiseringsentalpi samtidigt. För enklare binära blandningar, där vätebindning inte äger rum, var alla modeller kapabla att ge exakta förutsägelser, med genomsnittliga absoluta avvikelser under 0,3 kcal/mol avseende solvatiseringsenergin från Gibbs. För mer komplexa associerande blandningar visade COSMO-RS den bästa korrelationen mellan experimentella och beräknade data, speciellt för vattenhaltiga system; bland EoS observeras att PSRK-modellen erbjuder den bästa noggrannheten.

Uppskattningen av solvatisering Gibbs energi (Δsolv gᵢ) är en viktig fråga i process- och produktdesign. Med tanke på att denna termodynamiska kvantitet är relaterad till graden av affinitet mellan olika kemiska arter, kan den vara mycket användbar, till exempel vid valet av ett lämpligt lösningsmedel för en separationsprocess eller en kemisk reaktion. Beräkningen av solvatiseringsmängder är också en kritisk fråga inom farmakologi och läkemedelsdesign, eftersom solvatiseringsfenomenet direkt påverkar affiniteten hos en given biologiskt aktiv substans för målproteiner, såväl som dess löslighet och kemiska stabilitet [1–4].

Solvatiseringsenergier krävs också för vätskefas detaljerade kemiska kinetiska modeller, som involverar ett stort antal reaktioner och kemiska arter, och är baserade på gasfasmodeller utvecklade för att simulera pyrolys, förbränning eller atmosfäriska oxidationsfenomen [5–8]. Dessa exempel belyser behovet av prediktiva och noggranna metoder som kan förutsäga solvatiseringsenergier och samtidigt är snabba och robusta och kan tillämpas på ett brett spektrum av kemiska föreningar. Som en märkbar egenskap täcker dessa applikationer stora temperaturintervall och därför måste modeller som används för solvatiseringsenergier inkludera ett temperaturberoende som en förutsättning.