用COSMO-RS σ-profile作为分子描述符预测深共晶溶剂的电导率:定量的结构性质研究

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    摘 要

 

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     引 言 

溶剂在许多工业应用中都非常重要，包括化妆品、金属精炼、生物化学、食品、制药和废水处理领域。此外，由于溶剂约占一个过程中所使用的化学产品总量的五分之四，因此，为特定的应用选择具有理想性能的最佳溶剂是至关重要的。

    

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方  方 法 

在本工作中，进行COSMO-RS计算并生成HBA和HBD每个分子的σ-profile主要分为三个步骤:

(i) 通过Turbomole构建分子的三维结构

(ii) 通过Turbomole优化分子的基态几何

(iii) 在COSMO-RS中实现分子模型，所使用的计算和建模方法在我们之前的工作中有更详细的描述。

首先，使用Turbomole软件包(TMoleX版本4.2)构建所有选定HBA和HBD的3D结构。TMoleX是Turbomole量子化学软件包的图形用户界面版本。其次，在密度泛函理论(DFT)水平上通过B3LYP (Becke, 3-parameter, Lee Yang Parr)泛函，以def-TZVP基组对每个分子的几何形状进行优化。图1显示了本研究中使用的HBA和HBD的三维分子结构和表面电荷密度。然后使用TMoleX软件将每个分子的几何形状导出为COSMO文件。第三，将创建的HBA和HBD的COSMO文件导入COSMO-RS软件(COSMOThermX)，以准备DES描述符集。图2显示了在使用COSMOThermX绘制的1:1摩尔比下，本研究中使用的DES描述符集的三维分子结构和表面电荷密度。红色的区域代表负极(接受氢)表面;蓝色的区域代表正(供氢)表面。

从图2还可以直观地看出COSMOThermX软件检测到了DESs的hba和hbd之间的氢键相互作用。

   

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     结果与讨论 

计算了本研究中使用的HBA和HBD的σ-profile，分别如图3和图4所示。σ-profile可分为三个主要区域:

(i) HBD区域(负电荷密度)

(ii) 非极性区域(几乎中性电荷密度)和

(iii) HBA区域(正电荷密度)。这种划分是可能的，因为HBA或HBD分子的每个组成原子都可以通过具有特定屏蔽电荷密度值σ的特定峰值来识别。

图5显示了一个奇偶性图，其中实验值与预测值进行了对比。观察到实验电导率点偏离对角线，有明显的色散。

图6所示的残差分析也显示了类似的结果，残差高度偏离水平零线(在+8到6之间)。因此，可以得出结论，该模型最多被认为是定性的，作为电导率的定量预测模型还不够充分。因此，在下一节中将考虑另一种方法。

图7显示了一个奇偶性图，其中实验值与预测值进行了对比。实验电导率点分布在对角线上，色散非常窄。

图8所示的残差分析也证实了可靠的预测，残差在+3和2之间偏离。

从图9可以看出，第一个模型eq 8的AD图显示，大多数被调查的DESs都在被提议模型的AD边界内(0.000

图10表示第二个模型(eq 9)的AD (William plot)DESs在模型的AD边界内(0.0