COSMO-RS模型对苯+环己烷+离子液体体系LLE预测的评价

 关注泰科科技   做模拟不迷路

摘要

本文采用COSMO-RS模型从一套离子液体(由45个阳离子和32个阴离子组成)中筛选环己烷中苯的潜在萃取剂。通过实验验证了苯+环己烷+ I3的三元液液平衡(LLE)，探讨了模型的可行性。

三元相平衡预测数据与实验数据的比较表明了模型的合理性。此外，还仔细分析了他们之间的差距，以期达成更好的效果。最后，发现不同参数化的因素、分子构象和溶液中存在的IL的形式对预测有影响。利用离子对分子模型、具有玻尔兹曼分布的分子多重构象和C30-1701的参数化进行预测计算，精度好。计算RMSD约为4.9%。最后，通过量子计算研究萃取剂的微观机理，揭示萃取过程中的相互作用，为后续萃取剂的选择和设计提供参考。

引言

苯与环己烷的物理化学性质相似，分离难度很大。但两者之间的沸点相近，形成共沸，导致常规蒸馏的不适用性。

离子液体因其独特的低挥发性、高可设计性和稳定性而被认为是一种很有前途的萃取剂。同时，通过液-液实验验证了筛选结果，发现COSMO-RS模型得到的系线与实验得到的系线吻合较好。

计算细节

结果与讨论

从图1所示的溶解度来看，由于疏水阴离子之间的极性相似，苯在“同类溶解”原理下形成的ILs中具有良好的溶解度。

然而，从图2所示的选择性来看，这些ILs在分离方面表现较差，特别是当它们与疏水阳离子相匹配时。

由图3的结果可以看出，潜在的萃取剂是由不同极性的阳离子和阴离子形成的ILs。更具体地说，它表明由疏水阳离子和亲水阴离子形成的ILs表现更好，因为阴离子在IL的性质中起着主要作用。

通过液-液实验验证了COSMO-RS模型的筛选结果，苯+环己烷+ IL三元体系的测定相平衡数据见表S2，如图4所示。

将这三种不同参数化集计算得到的LLE数据以三角图的形式绘制出来，并与图5中的实验数据进行对比。从图5中可以看出，C30-1701计算得到的预测结果与实验结果相差最小。

两种不同分子模型的实验和预测结果的对比如图6所示。

阳离子+具有三种不同的构象，如图7所示。

图8给出了阳离子+的p(r)、I3 -的阴离子、苯和环己烷的p(r)，可以看出三种阳离子构象的p(r)差异明显。

将I3的单构象和多构象计算的预测结果与实验结果进行对比，如图9所示，单构象计算的结果与实验结果的差异大于多构象计算的结果。

两种系统的优化几何结构在图10。

总结

本研究采用COSMO-RS模型，从1440个候选离子(由45个阳离子和32个阴离子组成)中筛选最佳萃取剂进行环己烷和苯的分离。通过筛选，I3比之前使用的萃取剂PI(9.93)更高，是最有潜力的萃取剂。通过三元液液实验验证了cosmoo-rs模型的合理性，并对预测结果与实验结果的偏差进行了系统分析。最后发现不同参数化集的因素、IL的存在形式和分子构象对预测结果有显著影响。分析结果表明，C30-1701 (bp-tzvvd精细参数化水平)参数化集、IL在离子对模型中的存在形式以及IL在具有玻尔兹曼分布的实解中的多种构象具有最佳的精度。同时，萃取过程中萃取剂与分离组分的相互作用机理表明，苯与I3 (56.61 kcal/mol)的相互作用强于BF4 (1.48 kcal/mol)和环己烷(6.39 kcal/mol)的相互作用，因为I3上的电荷分布更分散。

BIOVIA溶剂化化学模型提供以下应用的软件

1

COSMOtherm

该模型包含三个COSMOtherm组件，使用COSMO-RS方法预测广泛的性质。

可以计算纯液体的性质，如密度、沸点、闪点、分配系数，以及混合性质，如汽液平衡、液液平衡、溶解度、蒸气压、活度系数等。在工作流环境中集成COSMOtherm提高了COSMO-RS方法的筛选潜力。

可以筛选大量溶质、溶剂或溶剂混合物的性质，例如药物在大量溶剂中的溶解度。

2

COSMOconf

COSMOconf组件是一个conformer生成工具。您可以使用预定义的标准过程来为cosmors生成最相关的符合器，也可以使用您自己的过程。

3

COSMOperm

这一成分预测了溶质通过生物膜的渗透性。您可以选择一套预先定义的膜系统或使用自己的膜。

4

COSMOplex

该组件提供了COSMO-RS方法的COSMOplex扩展。可以用它来计算非均匀系统的性质，例如，界面张力或临界胶束浓度，或创建新的生物膜系统。

5

COSMOquick

COSMOquick碎片化技术可作为cosmors计算的一种快捷方法。该组件还可以用于应用预定义的QSPR模型或计算唯一的化学描述符。

6