Một nghiên cứu so sánh các phương pháp tiếp cận dựa trên COSMO và phương trình trạng thái để dự đoán năng lượng hòa tan dựa trên ngân hàng dữ liệu COMPSOL

Một nghiên cứu so sánh các phương pháp tiếp cận dựa trên COSMO và phương trình trạng thái để dự đoán năng lượng hòa tan dựa trên ngân hàng dữ liệu COMPSOL

Việc tính toán năng lượng hòa tan có nhiều ứng dụng trong một số lĩnh vực, chẳng hạn như thiết kế các quá trình phân tách, dược lý học và thiết kế thuốc cũng như mô hình động học. Các ứng dụng này yêu cầu các mô hình nhiệt động lực học có khả năng dự đoán chính xác năng lượng hòa tan, tính đến sự phụ thuộc nhiệt độ của đặc tính này, đồng thời nhanh và mạnh mẽ. Trong khuôn khổ này, chúng tôi đã so sánh hai mô hình hòa tan liên tục dựa trên COSMO (COSMO-RS và COSMO-SAC-dsp) với hai phiên bản phương trình bậc ba dự đoán của trạng thái được công nhận rõ ràng về hiệu quả của chúng (PSRK và UMR-PRU). Với mục đích này, một bộ thử nghiệm lớn gồm 65.000 điểm dữ liệu được trích xuất từ ​​ngân hàng dữ liệu COMPSOL đã được xem xét. Việc so sánh giữa dữ liệu tính toán và dữ liệu thực nghiệm đã được thực hiện đối với năng lượng hòa tan Gibbs và, lần đầu tiên trong tài liệu, cho cả entropy và entanpy của quá trình hòa tan cùng một lúc. Đối với các hỗn hợp nhị phân đơn giản hơn, trong đó liên kết hydro không diễn ra, tất cả các mô hình đều có khả năng đưa ra dự đoán chính xác, với độ lệch tuyệt đối trung bình dưới 0,3 kcal/mol liên quan đến năng lượng hòa tan Gibbs. Đối với các hỗn hợp liên kết phức tạp hơn, COSMO-RS cho thấy mối tương quan tốt nhất giữa dữ liệu thực nghiệm và tính toán, đặc biệt đối với các hệ nước; trong số EoS, người ta nhận thấy rằng mô hình PSRK mang lại độ chính xác tốt nhất.

Việc ước tính năng lượng hòa tan Gibbs (Δsolv gᵢ) là một vấn đề quan trọng trong thiết kế quy trình và sản phẩm. Cho rằng đại lượng nhiệt động này có liên quan đến mức độ ái lực giữa các loại hóa chất khác nhau, nó có thể rất hữu ích, ví dụ, trong việc lựa chọn dung môi thích hợp cho quá trình tách hoặc phản ứng hóa học. Việc tính toán lượng hòa tan cũng là một vấn đề quan trọng trong dược lý học và thiết kế thuốc, vì hiện tượng hòa tan ảnh hưởng trực tiếp đến ái lực của một hoạt chất sinh học nhất định đối với protein mục tiêu, cũng như độ hòa tan và độ ổn định hóa học của nó [1–4].

Năng lượng hòa tan cũng cần thiết cho các mô hình động học hóa học chi tiết ở pha lỏng, bao gồm một số lượng lớn các phản ứng và các loại hóa chất, và dựa trên các mô hình pha khí được phát triển để mô phỏng hiện tượng nhiệt phân, đốt cháy hoặc oxy hóa khí quyển [5–8]. Những ví dụ này nêu bật sự cần thiết của các phương pháp dự đoán và chính xác có thể dự đoán năng lượng hòa tan, đồng thời nhanh và mạnh mẽ và có thể áp dụng cho nhiều loại hợp chất hóa học. Là một tính năng đáng chú ý, các ứng dụng này bao gồm phạm vi nhiệt độ lớn và do đó, các mô hình được sử dụng cho năng lượng hòa tan phải bao gồm sự phụ thuộc vào nhiệt độ làm điều kiện tiên quyết.