现代药物设计过程包括基于计算方法发现、研究和修饰生物活性分子。计算机辅助药物设计减少了药物设计周期中的迭代次数，并加快发明和优化过程。此外，它还提供了药物设计过程中发现更新颖的小分子结构的潜力。由于它基于量子化学，因此COSMOlogic软件可广泛应用于整个有机化学领域。用户可以将其应用于截然不同的新颖化学领域。COSMOsim3D和COSMOsar3D使用本地σ-profiles作为描述符。σ-profiles是从量子化学计算得出，描述分子电子表面的特性，而不是化学结构。因此，它们自然允许支架跳跃和寻找活性类似物。本地σ-profiles提供有关以下信息：●静电势●氢键能●疏水相互作用●形状排列和活性相似体搜索使用基于量子化学的分子表面极性，COSMOsim3D是独特的、稳定的基于场的配体-配体比对的方法。COSMOsim3D相似性是配体相似性的有力描述。因此能够在生物等排体和随机对之间进行良好的区分，并允许支架跳跃和寻找活性类似物。ExampleforbioisosterscreeningwithCOSMOsim3D(PDF)3D-QSAR局部σ-profiles阵列是一组新颖的分子相互作用场。他们提供了量化虚拟配体-受体相互作用（包括去溶剂化）所需的所有信息。这导致3D-QSAR研究的预测准确性提高，并且在网格步长、网格定位和随机未对准方面具有出色的稳定性。ExampleforthepredictivityofaCOSMOsar3Dbased3D-QSARincomparisontoothermethodsontheSutherlanddataset.(PDF)ADME属性COSMOtherm或COSMOquick中，分子描述符可从表面极性信息和结构参数中得出。用户可以基于这些有明确物理意义的描述符来构建自己的QSAR模型。许多此类ADME模型可直接使用。
药物开发是一种开发新的药物有效成分的高效合成、纯化和结晶方法的艺术，该方法的局限性在于仅具有少量且极其昂贵的可用物质，并且面专利时钟的时间压力。在这种情况下，计算筛选可能会非常有益。共晶筛选通过API的共晶来优化药物性能和规避专利已成为药物开发的重要分支。COSMOquick工具提供了一种快速的工具，根据给定API的共晶可能性对潜在的共晶形成物的庞大列表进行排序，并且还可以对所得的溶解度进行粗略估算。溶解度筛选溶解度通过药物释放过程中的溶解作用影响结晶、共晶体或溶剂化物的形成，以及药代动力学。使用COSMOtherm，可以预测纯化合物、共晶体和混合物在几乎无限范围的溶剂和溶剂混合物中的溶解度。优化溶剂以进行萃取或下油加工是COSMOtherm的关键应用之一。相平衡COSMOtherm提供了广泛的方法来解决液相、气相和固相之间的相平衡问题。用户甚至可以以简单明了的方式为复杂的任务建模。萃取和纯化只是两个潜在的应用。反应将TURBOMOLE的高级量子化学方法与COSMOtherm的溶剂化自由能预测相结合，研究反应机理。可以以半定量的方式预测平衡常数、甚至动力学常数。使用这种方法可以轻松选择反应的最佳溶剂。 在我们的反应白皮书中了解更多信息WhitePaperonreactions。
COSMOlogic在晶体工程中的应用：溶解度预测、溶剂筛选和共晶筛选
新研发的药物越来越难溶解，这是当前药物开发的一个主要问题。计算工具可以通过筛选合适的溶剂或确定潜在的新型共晶配体来提高生物利用度，从而解决这一问题。Klamt教授采用COSMO-RS理论为溶解度预测和溶剂/共晶筛选提供了一些新的应用实例。 用COSMOtherm软件快速准确地评估药物的溶解度并鉴定合适的溶剂，溶剂化物或共晶配体，并可用于补充协助现代药物开发。通过使用以前计算过的分子数据库来避免昂贵的量子化学计算，提高了效率。 本文对一些典型药物和配体在不同溶剂和溶剂混合物中溶解度预测的实例进行了评价。接下来是有关溶剂化物筛选的案例研究，最后介绍了几种共晶筛选的结果。 表1不同药物和典型共晶形成剂的溶解度预测结果 图1青蒿素及其共晶配体(5-methylresorcinol)的σ-profiles。氢键供体区域为蓝色，而氢键受体区域为红色。这两个图谱的叠加表明了供氢键共混物和接受氢键药物的互补性。 图2预测溶解度和实验的对比：(a)sulfadiazine在water/DMF混合物中的溶解度;(b)sulfadiazine在water/dioxane混合物中的溶解度;(c)salicylicacid在water/ethanol混合物中的溶解度;(d)prednisolone在water/ethanol中的溶解度。 图3paracetamol在water/dioxane混合物中的溶解度预测与实验的对比。 图4sulfamerazine溶剂化物筛选的案例，使用了实验已知溶剂化物以及FDA中1、2、3类溶剂化物。1、2、3类溶剂化物 图5利用COSMO-RS根据一些药物的混合焓和可旋转键数绘制的共晶筛选受体工作特性图 表2不同计算共晶筛选的结果 筛选分数使用AUC值进行衡量。Grecu等人所用方法的结果（SSIP）,COSMO-RS根据量子化学计算出的σ-profiles的预测结果（CRS），使用COSMOquick得到的σ-profiles的预测结果（CQ）。CRS和CQ考虑了活性药物成分与共晶配体的可旋转键数。最后两列分别给出了测试集中共晶配体的数量和实验确定的共晶的数量。作为一种热力学理论，COSMO-RS为固体形态选择和晶体工程提供了许多有用的工具。由于能够计算药物在纯液态、溶剂或溶剂混合物中的化学势，可以获得各种各样的热力学性质。对溶解度的预测需要有关药物固态的更多信息。通常一些实验参考数据，如在一种或几种溶剂中的溶解度或药物的熔化焓/熔点，足以获得相当准确的定量预测。使用活性药物成分与共晶配体混合物的过剩/混合焓来进行溶剂化和共晶筛选的应用已被证明具有令人惊讶的预测性，与手动选择共晶相比，在大多数情况下可获得良好的结果。COSMO-RS具有在单个理论框架和软件内准确有效地筛选合适的溶剂，溶剂化物或共晶的能力，特别适合于第二次合理的药物开发。*JournalofPharmacyandPharmacology,2014,67,pp.803–811
石油化工行业面临着得到复杂相平衡热力学数据以提高采油率（EOR）的问题。事实证明，COSMOtherm是解决这些问题的有效工具。作为基于第一原理的预测方法，COSMOtherm可以直接用于计算热力学性质，也可以基于具有明确物理意义的COSMOtherm结果或描述符来构建新模型。可预测性质●极性组分的分配系数●萃取和液-液相平衡●溶解度和固-液相平衡●气体溶解度和复杂混合物的蒸汽压●吸附模型●界面张力●纯化合物的密度和粘度●混合相包括表面活性剂、聚合物和离子液体COSMOtherm可应用于：●预测复杂混合液体的平衡性质●获得最佳解决方案并优化其流程●预测实验无法测量的数据●规划实验设置并减少实验室时间●补充其他理论和实验数据模型石油行业相关功能相平衡和萃取COSMOtherm软件为液相、气相和固相之间的相平衡问题提供了多种解决方法。复杂的任务，例如多组分、多相萃取平衡或带有转移或破坏共沸物的夹带剂的气-液分离，可以通过简单明了的方式建模。溶剂筛选借助溶剂筛选功能，可以确定用于萃取或下油工艺的最佳溶剂、最佳抗溶剂、最具选择性的溶剂。通过对大型溶剂数据库进行虚拟预筛选可以减少所需的测量量，甚至可以支持开发新的改良溶剂。表面活性剂COSMOther利用了少数理论模型之一，预测含有表面活性剂的系统的热力学性质。使用COSMOmic插件，甚至可以预测胶束系统的一些重要特性。聚合物&吸附可以通过COSMOtherm处理没有确定分子量的化合物（例如聚合物、复杂基质（例如活性炭）），尽管需要一些额外的努力才能获得定量预测。例如，可以通过经验QSPR模型处理对复杂基质的吸附，该模型使用从COSMOtherm获得的描述符。聚合物的某些性质，例如在聚合物中的溶解度可以相应地以定性的方式预测，或者通过一些额外的努力以半定量的方式预测。界面张力(IFT)COSMOtherm不仅可以预测水和有机化合物之间的界面张力，还可以预测混合物和非水两相系统之间的界面张力。为了实现这一目标，已经实现了几种方法，其中更简单的方法是基于经验关系的预测水/有机物相分离方法，而更高级的模型则利用COSMOtherm的FlatSurf功能。请参考：DOI:10.1021/ct500266z和DOI:10.2118/169663-MS离子液体COSMOtherm是唯一以与任何其他类别的化合物相同的方式和相同的精度预测离子液体的热力学性质的方法。由于离子液体的阳离子和阴离子被视为独立的物质，因此可以轻松完成大型离子液体筛选任务。 工艺建模与工程仿真可以使用活度系数模型（例如NRTL、NIQUAC或Wilson方程）预测热力学数据提供过程建模与工程（PME）仿真。另外，可以通过COSMOtherm的CAPEOPEN界面为PME供料。
COSMOtherm-通用的预测工具COSMOtherm是量子理论、化学和工程热力学的独特结合，可能是应用范围最广、预测能力最强的热力学性质预测工具，该方法具有极强的普适性，可广泛应用于有机化学的各个功能领域及其它领域，其准确度也基本相同。它已被证明对处理复杂的多功能分子方面效果很好。在处理不常见官能团时，COSMOtherm仍能保持良好的精度，因为它并不是基于特定的集团与相互作用。化工工程师可以用它：1.定量的预测液体混合物的平衡性质2.适用于没有试验数据但感兴趣的化合物3.节省实验时间性质预测1.活度系数2.相图：气-液相平衡及共沸混合物3.相分离：液-液和萃取平衡4.溶剂化自由能和反应化学5.分配系数6.溶解性及固-液平衡7.离子液体8.萃取平衡9.蒸馏夹带剂筛选10.流程模拟的活度系数模型参数主要特点溶剂筛选借助溶剂筛选功能，您可以确定最佳的溶剂、最好的抗溶剂、萃取和下油过程中最具选择性的溶剂。对大型溶剂数据库进行虚拟预筛选可以减少所需的测量量，并能发现意想不到的候选化合物。WhitePaper:Examplesandtheoryregardingsolventscreeningincludingafewexperimentalcomparisons.(PDF)相平衡和蒸馏COSMOtherm软件为解决液相、气相和固相之间的相平衡问题提供了多种方法。复杂的任务（如萃取平衡、用夹带剂改变或打破共沸物的气液分离）也能用简单直接的方式建模。WhitePaper:COSMO-RSApplications-PhaseEquilibriaandSeperations(PDF)离子液体COSMOtherm将离子液体视为阴离子和阳离子的混合物，可以达到与中性溶剂相同的预测精度。这使得它在筛选有潜力的新溶剂方面成为独特而有效的筛选工具。COSMOthermforionicliquids活度系数COSMOtherm也可以用来预测复杂和多官能团化合物的活度系数，其预测精度能与简单化学系统相当。这使得它成为官能团贡献法的完美补充，比如UNIFAC的补充。UNIFAC在处理简单化学系统和定义明确系统时效果很好，但如果涉及更复杂的化合物和化学过程，则很可能失败。WhitePaper: ComparisonofpredictedinfinitedilutionactivitycoefficientswithUNIFACandCOSMO-RS.(PDF)溶液中的反应化学你可以通过结合高级量子化学方法（TURBOMOLE）和溶剂化自由能预测（COSMOtherm）进行反应机制研究。因此，可以预测平衡常数、用半定量的方法甚至预测动力学常数。用这种方法选择反应的最佳溶剂也很简单。过程建模和工程（PME）仿真通过活度系数模型参数的形式（如NRTL、UNIQUAC、威尔逊方程），可以为过程建模和工程（PME）仿真提供预测的热力学数据。或者，过程建模者可以使用COSMOtherm的CAPE-OPEN标准接口向PME提供数据热力学数据。
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