Порівняльне дослідження підходів на основі COSMO та рівняння стану для прогнозування енергій сольватації на основі банку даних COMPSOL

Порівняльне дослідження підходів на основі COSMO та рівняння стану для прогнозування енергій сольватації на основі банку даних COMPSOL

Обчислення енергії сольватації має багато застосувань у кількох галузях, таких як проектування процесів розділення, фармакологія та дизайн ліків, а також кінетичне моделювання. Ці програми вимагають термодинамічних моделей, здатних точно прогнозувати енергію сольватації, враховуючи температурну залежність цієї властивості, і які є швидкими та надійними. У цій структурі ми порівняли дві моделі безперервної сольватації на основі COSMO (COSMO-RS і COSMO-SAC-dsp) з двома версіями прогностичних кубічних рівнянь стану, добре визнаних за свою ефективність (PSRK і UMR-PRU). З цією метою було розглянуто великий експериментальний набір із 65 000 точок даних, вилучених із банку даних COMPSOL. Порівняння між обчисленими та експериментальними даними було проведено для енергії сольватації Гіббса та, вперше в літературі, для ентропії та ентальпії сольватації одночасно. Для більш простих бінарних сумішей, у яких не відбувається утворення водневих зв’язків, усі моделі були здатні забезпечити точні прогнози із середніми абсолютними відхиленнями нижче 0,3 ккал/моль щодо енергії Гіббса сольватації. Для більш складних асоційованих сумішей COSMO-RS показав найкращу кореляцію між експериментальними та розрахунковими даними, особливо для водних систем; Серед EoS спостерігається, що модель PSRK пропонує найкращу точність.

Оцінка енергії Гіббса сольватації (Δsolv gᵢ) є важливою проблемою в процесі та дизайні продукту. Враховуючи, що ця термодинамічна величина пов’язана зі ступенем спорідненості між різними хімічними сполуками, вона може бути дуже корисною, наприклад, у виборі відповідного розчинника для процесу розділення або хімічної реакції. Розрахунок кількості сольватації також є критичним питанням у фармакології та дизайні ліків, оскільки явище сольватації безпосередньо впливає на спорідненість даної біологічно активної речовини до цільових білків, а також на її розчинність і хімічну стабільність [1–4].

Енергія сольватації також необхідна для рідкофазних детальних хімічних кінетичних моделей, які включають велику кількість реакцій і хімічних речовин і базуються на моделях газової фази, розроблених для моделювання явищ піролізу, горіння або атмосферного окислення [5–8]. Ці приклади підкреслюють потребу в прогностичних і точних методах, які можуть передбачати енергію сольватації і в той же час є швидкими і надійними і можуть бути застосовані до широкого діапазону хімічних сполук. Як помітна особливість, ці програми охоплюють великі діапазони температур, і тому моделі, що використовуються для енергій сольватації, повинні включати температурну залежність як передумову.