基于密度泛函理论和COSMO-RS溶剂化热力学，计算了几种由活性成分、配体（Coformer）和溶剂组成的固-液三元相图。在这些所有三元系统中，均会形成共晶。此外，活性成分和共形成剂能够在溶液中形成强的、协同的氢键。考虑到溶液中这种氢键的形成，本文引入了附加的二元相互作用参数。这种方法使用最少的拟合参数集可以与实验数据很好地吻合。量子化学计算的溶质间相互作用焓值与优化的相互作用参数大小相似，并且溶液中自由能的计算证实了存在大量聚集的共晶混合物（由药物-共晶形成物组成）。概述过程提供了分子水平上溶剂化和溶解度增强作用的详细见解。本文的发现可用于制药工艺开发工作，例如三元系统的溶剂筛选应用。 新型活性药物成分（API）的水溶性降低和相关生物利用度降低是现代药物开发中的主要问题。面对这些挑战存在几种有效的解决方法，例如盐的配制，非晶态固体分散体，亚稳态多晶型，以及另一有希望的方案--共晶。共晶通常是指由两种或两种以上不同的分子和/或离子化合物按化学计量比组成的晶体单相材料。对于弱酸或不易形成盐的碱的活性药物成分，通过共结晶提高溶解度特别有意义；此外，与亚稳态晶型或非晶态材料这两种方法相比，热力学稳定的共晶物具有较长的储存期。因此，共晶是药物研究中具有吸引力的方法。 在找到合适的药物-配体共晶物对并将其结晶后，需要对共晶体系进行进一步的工艺开发，最常涉及溶液结晶。这里，对三元系统API（A），共晶形成物（B）和溶剂/混合剂（S）相行为的理解非常重要，可以最大化利益，避免纯反应物的共沉淀、亚稳多晶型以及溶剂化物的生成，并且可以加快共晶的开发过程。 真实溶剂类导体屏蔽电荷模型（COSMO-RS）基于第一性原理密度泛函理论和统计热力学，无需拟合特定的相互作用参数。COSMO-RS主要使用元素特定的参数对实验数据进行参数化。在此之后，不需要重新修正就可以获得各种有机化学的流体相热力学。这是一个巨大的优势，当涉及预测的新系统，并且没有足够的实验数据参数化时。由于其普适性，COSMO-RS理论不仅被药物研究人员用于一般药物开发，而且还用于固体形式选择和共晶/溶剂化物筛选。 本文，主要由于考虑到API-共晶形成物对之间具有异常强的氢键，这有益于引入单焓二元相互作用参数，该参数需要少量实验数据点调节。引入这样一个参数使得COSMO-RS结果对新系统的预测能力有所下降，因为更换一种溶质就要进行一次调整。然而，调整后的相互作用参数与精确从头算的结果是合理的一致的，它们在溶剂之间是可转移的。 图1本文所涉及到的分子的COSMOσ-surfaces。氢键供体区域(负σ)由蓝色所示，而氢键受体区域(正σ)以红色标注。 图2本文用COSMO-RS计算的药物、共晶形成物的COSMOσ-profiles。 图3预测的相图。API、共晶形成物、共晶的预测溶解度曲线分别为：S-L(API)、S-L(COF)、S-L(CC)，单位是摩尔分数。 图4布洛芬/烟酰胺在乙醇中的相图预测。原始的COSMO-RS预测显示为虚线S-L(orig)。以纯化合物的溶解度（布洛芬和烟酰胺在乙醇中）和两个共晶点作为实验参考点，拟合溶液络合参数cH。 图5戊二酸/咖啡因在乙腈中的相图。作为实验参考点，使用了两个共晶点以拟合溶液络合参数和共晶溶解度常数/ΔGABfus。 图6乙醇中乙基酰胺/糖精体系固-液相相变的计算。使用COSMO-RS-DARE进行结构优化后的计算结果。S-L(a)表示乙基酰胺/糖精的八元氢键环构型的计算结构，S-L(b)表示两个分子的侧面排列构型，S-L表示COSMO-RS的原始计算结果。 图7DFT优化后复合物的几何结构。 基于COSMO-RS理论，利用第一性原理方法和溶剂化热力学对药物-配体-溶剂的三元固液相图进行了预测。所研究的体系是特殊的，因为共晶的形成，溶质-溶质间能够形成强烈的氢键，超过了通常在液相中发现的相互作用强度。考虑到这种药物和共混剂之间的特别强的相互作用，引入了一个额外的二元络合参数，使结果与实验数据能吻合的很好。这允许再现纯药物和纯共晶形成物的溶解度曲线，显示出非凡的溶解度增强效果。 三元体系中溶质之一的变化提供了潜在共晶体系的热力学融合的数据。在这种情况下，需要额外的参考测量值以确定融合的自由能，在强氢键的情况下，还需要二元相互作用参数。因此，对于给定的药物和共晶形成物，通过各种溶剂或溶剂混合物进行筛选似乎是一种更有希望的应用场景。这里，所涉及的物种的融合自由能保持不变，以及潜在需要的络合参数，可以重复使用。卡马西平-烟酰胺和乙酰胺-糖精体系在不同溶剂中的结果表明，该方法也适用于大规模的溶剂筛选。但是，由于引入特定的二元相互作用限制了COSMO-RS的使用范围和外推能力，因此，迫切希望将对这种高度相关的相互作用的处理纳入COSMO-RS理论的框架中，这不仅适用于模型系统，还适用于真实系统。在此之前，在COSMO-RS中的DARE近似提供了一种实用的替代方法来覆盖溶液中的强络合效应。 *ChristophL,AndreasK.CocrystalTernaryPhaseDiagramsfromDensityFunctionalTheoryandSolvationThermodynamics.CrystalGrowth&Design,2018,18,5600-5608
离子液体由于其奇特的特性而具有广泛应用。不断增长的阴离子、阳离子液体也随之提高了找到最适合特定应用的离子液体的挑战性。COSMOtherm为寻找面向一特定应用的离子液体提供了一种快速、简单、使用的途径。COSMOtherm对离子液体溶液性质的预测可达到与正常有机化合物一致的高精度。确定预选可用的离子液体可加快研发的进程，有助于致力开发最佳化合物。可带来的益处●快速、方便的性质筛选●进行离子液体设计●适用于所有的离子液体化学研究离子液体筛选COSMOtherm将离子液体视为阴离子与阳离子的混合物，仅需一夜时间即可从上千种潜在的离子液体中完成对溶质溶解性的筛选。离子液体定制优化离子液体的结构。可基于结构的改进对性质的变化加以预测。性质预测●离子液体中的活性系数/溶解度●离子液体及常规液体中的LLE/VLE●在离子液体-含离子液体相间的分配系数
对农用化学品、药品、化妆品或食品工业来说，确定配方的最终成份是产品开发的关键步骤。COSMOtherm可用于预测配方的最佳溶剂或共溶剂。将研发重心集中于最佳配方可保证在在减少实验投入的同时确保配方的品质不变或得到进一步改善。溶剂筛选可为任何成分寻找其最佳溶剂！在很多情况下需要将一种或多种关键组分（例如，药物活性成分、紫外线防晒剂、调料或香料）溶解于配方中。通过预测其在纯溶剂或特定配方中的溶解性，确保了研发者将工作重心集中于开发具有所需特性的混合物上。共溶剂由于配方的主要成分通常是不可取代的，为达到所需的性能往往需用到共溶剂。COSMOtherm可为配方筛选出合适的共溶剂。温度依赖性通过预测温度降低或升高时的性质，COSMOtherm可为配方的温度稳定性考察提供支持。分配系数确定化合物处于哪一个相中极为关键。是转移至人体皮肤还是植物角质层、是否会停留在配方中？通过COSMOtherm计算任意2个相在200K-500K区间内的分配系数，可对上述问题进行回答。
高分子中的溶解度COSMOlogic利用通过低聚物的中心单元结构生成的σ-surfaces，可对其在高分子中的溶解度进行高效预测，从而实现：●致力于最佳化合物的开发实验●寻找适合应用的最佳溶剂/高分子●新型复合材料的设计将计算的复杂性封装于易用的图形用户界面中，即使非专业的使用者也能利用COSMOlogic软件包处理高分子的相关问题。关键功能●可阐释并预测分子与气体在高分子中的吸附行为●确定对O2、N2、CO2等气体具有低/高溶解度高分子●估算高分子-水的分配系数●计算介观尺度下的Flory-Huggins相互作用参数尽管COSMO-RS的开发基于流体性质的理论，仍可被用于多种高分子，尤其是线性、非溶胀体系及小至中尺度的溶质中。定量预测则需每种高分子具有至少一种实验测定值。
水对离子液体在燃油萃取脱硫应用上的影响：COSMO-RS理论与实验研究
在研究离子液体（ILs）对燃油萃取脱硫（EDS）时，系统中必不可少的水可能会产生重大影响，在许多情况下会产生严重的负面影响。但是，很少有研究考虑到这一特殊问题，并且几乎没有报道过水对EDS的促进作用。 华东理工大学的漆志文教授团队，首先用COSMO-RS来计算各种IL/H2O混合物EDS的容量和选择性。他们考虑了包含不同的ILs，并且水的浓度范围很广。最后用具有代表性的ILs，[C4MIM][H2PO4]，进行了实验。COSMO-RS预测结果表明，[C4MIM][H2PO4]在少量水的情况下，萃取能力稳定、甚至有所提高。通过对脱硫率、交溶性和脱硫燃料中水含量的分析，实验验证了水在一定范围内(˂10wt%)具有促进EDS的作用。此外，结合粘度，溶剂-溶质相互作用和基于COSMO-RS的分析，解释了水的这种作用。以庚烷和甲苯为燃料组分模型，噻吩为代表硫化合物，对EDS体系进行了模拟。这些IL/H2O混合物覆盖了广泛的水浓度范围和各种ILs，因此可以推测水对不同ILs的EDS性能的影响。 图1COSMO-RS预测不同阴离子基IL/H2O混合物中噻吩的容量（a）和选择性（b）与混合物中水质量分数的函数。 图2COSMO-RS预测不同阳离子型IL/H2O混合物中噻吩的容量（a，b）和选择性（c，d）与混合物中水的质量分数的关系。 图3通过实验确定了[C4MIM][H2PO4]/H2O混合料中的水浓度对其EDS性能的影响。D是脱硫率。 图4[C4MIM][H2PO4]的动力学粘度与水浓度的关系。 图5庚烷，纯净的[C4MIM][H2PO4]和[C4MIM][H2PO4]/H2O混合物（不同水浓度）中噻吩的紫外-可见光谱。 图6[C4MIM][H2PO4]的阳离子和阴离子以及EDS系统中其他化合物的σ-Profiles与COSMO-cavities 通过COSMO-RS和实验方法评估了水对离子液体EDS性能的影响。COSMO-RS的预测表明，水对离子液体EDS性能的影响在一定程度上取决于阴离子的特性，而对阳离子烷基链长度的依赖性较小，并指出水在小浓度范围内对强亲水阴离子离子液体有良好的作用。以IL[C4MIM][H2PO4]为代表的实验结果表明，当水浓度低于10wt％时，可以促进脱硫率，降低燃料在IL中的溶解度，而ILs的溶解度和水在脱硫燃料中的含量不会变化，基本上验证了COSMO-RS预测。从IL的粘度，溶剂溶质相互作用和基于COSMO-RS的极性分析中可以合理地解释水的这种作用。本文为研究水对选择IL进行EDS或其他类似系统的影响提供基础。
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