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COSMOLOGIC在环境科学中的应用
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COSMOLOGIC在环境科学中的应用

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作为一个多学科领域,环境科学包含了从生物学、化学到物理学等多领域的研究。在环境科学研究许多不同领域中,COSMOtherm为您提供了解决问题的多种工具供您选择使用。通过我们的软件预测性质,可以帮助您预先选择更加合适的实验装置进而减少试验时间。

 

热力学数据

通过COSMOtherm可以快速准确地预测热力学数据,例如也包括了复杂的化合物。可以通过一个特定的工作界面,方便地获得重要的性质,如:蒸气压、水溶性、亨利系数,甚至是大气寿命。

 

分配系数

可以在不同温度下及确定的相之间计算分配系数。在包括复杂的、非均匀相情况下,如土壤吸收或脑血分配系数,COSMOtherm提供基于其自己的描述符的QSPR模型。

 

QSPR, QSAR 及更多

根据物理意义描述符,可以构建您自己的QSPR/QSAR模型。通过COSMOtherm,可以通过表面极化信息和结构参数获得分子描述符。在QSPR数据库中,也提供一定数量的在环境科学中的重要模型。

 

Why COSMOtherm?

●深远的环境数据预测

为模型开发提供重要意义的描述符

快速的QSPR模型

减少所需实验数量

 

COSMOtherm系列产品是在COSMO-RS理论基础上发展起来的,适用于任何混合物体系的一套软件。在量化计算的基础上预测任意组份的混合溶液的热力学性质,包括:

 

 

等等。

适用范围包括有机溶液,离子溶液,高分子,药物分子等。在化学工程流程设计,溶剂(包括离子溶剂)筛选和药物分子筛选、共晶筛选等领域有广泛的应用。

一、化学工程——从量子化学获得可靠的热力学数据:

* 相平衡:

COSMOtherm不依赖任何实验结果,理论上预测二元、三元和多元物质的气液、液液和固液相平衡。

 

 

* 活度系数:

COSMOtherm 可以用来准确的计算二元和多元混合物中的活度系数以及其它热物理性质。

 

 

* 预测离子液体(IL)化合物的性质

由于化学工艺中的离子液体很好的环境和经济效益,使得它们获得了快速的发展和广泛的应用。离子液体中不断增长的阳离子和阴离子特性,使得其在特定的应用中,为找到最好的结合或混合物增加了很大的挑战。COSMOtherm 为溶剂在离子液体中或其混合物中的性质预测提供了非常简单、快速和准确的方法。基于量子化学的方法,它通过预测未知的假设的阴离子和阳离子及其混合物的性质,实现设计新的指定的离子液体。

 

 

COSMOtherm 计算中的关键就是溶液中化合物的化学势。通过这些数据,软件就可以计算出丰富的热力学平衡性质。尽管处理离子液体溶剂的离子液体稍微不同于处理

标准溶质的溶剂性质,但是还是比较容易获得的,如:

• 离子液体溶剂中溶质的活性系数

• 混合物种离子液体的汽液平衡

• 离子液体或溶剂混合物中的液液平衡

• 离子液体和其它相的分配系数

 

* 萃取 

 

 

PhaseI和PhaseII是两种相,可以由单质组成,也可以是混合物组成,也可以是离子液体或盐。PhaseI和PhaseII假设为不混溶。上例中PhaseI是高浓度水,PhaseII是离子液体。化合物甲醇、丙酮、水和离子将分布在两相中,最终在两相中达到平衡。

二、生命科学——为药物设计和开发提供新颖的方法获得溶解度、分配系数和分子相互作用信息

* 溶解性的计算

COSMO-RS 计算方法可以得到化合物在纯态中以及其在溶剂中的化学势,通过这个结果可以很容易的计算任何液态化合物在纯溶剂或者混合溶剂中的溶解性。为了能够预测固体化合物的溶解性,COSMOtherm 中的ΔGfusion 仅由三个变量来拟合,如下图所示的一批农药的理论值与实验值的对比。由图中可以看出,应用此种方法计算各种药物或者农药时,计算结果与实验值符合的很好。

 

 

各种不同药物分子在多种溶剂中的溶解度非常方便的预测到,而且与实验值比较误差很小。该数据是拜尔公司前期验证数据。测试的溶剂包括Water、1-Propanol、2-Propanol、DMF、Ethy Acetate、Methanol、Heptane、Toluene、Chlorobenzene、Acetone、Ethanol、Acetonitrile和Butanol。

 

 

* 分配系数的计算

COSMOtherm 可以很容易获得一些熟悉的溶剂系统( 辛醇—水等) 中溶质的分配系数,因为每种化合物在两相中的化学势可以计算得到。此外,COSMOtherm 可以构建一些并没有被详细研究过的分配系数模型,例如脑内的血液或者小肠的吸收等。更重要的是,COSMOtherm可以计算异构体的分配系数,并且分配系数作为分子表面的性质可以更加容易的被呈现出来。 

* COSMOtherm 在药物研究方面的应用

·验证性应用

    - 药物在水中的溶解度

    - 在任意溶剂/ 溶剂筛选中的溶解度

    - 任何溶剂中的常用分配系数

    - 特殊分配系数:logBB,肠吸收,人血清白蛋白结合

·潜在应用

    - 静电势、氢键、亲油性的统一互作用

    - 电子场分析(MFA)价值

    - 膜模型扩展

    - 互作用位定位

    - 溶剂形貌影响

    - 其它应用

* 共晶筛选

在药物工业Cocrystals 变得越来越重要,主要是因为它能极大地改善传统药物的效果,特别是提高生物利用度方面。COSMOquick基于药物化合物的过冷熔体与共晶物之间的过剩焓评估形成共晶物的可能性。

 

 

本次例子清楚地表示COSMOquick 可快速、准确的评估共晶物候选者的可能性,因此可大大的提高实验研究的效率和成功率。

 

 

* 预测土壤吸附系数

农药对农作物起作用的同时必须减少对土壤的影响,这是决定农药命运的因素。KOC参数成为标准化的有机物在不同类型土壤中吸附程度的判断标准。COSMOtherm-KOC是一种新的、通用的预测土壤吸附系数的方法。 

 

 

三、基于配体的虚拟筛选:

COSMOsim3D 可以根据其相似度对潜在配体分子打分。因此,用户基于它可丰富配体库,降低误报提高命中率。 

*logKi 和LSPs 线性关系: LSPs 是pKi 预测的最佳线性关系描述符,是3D-QSAR 的典范。COSMOsar3D 提供高效地合理logKi 与LSPs 描述符之间线性关系。它是目前为止最佳的pKi 线性模型理论。

 

 

四、生物膜和胶束

COSMOmic 在胶团和生物膜中的应用

- 已被验证的应用

   ·分配系数

   ·分布概率

   ·自由能量图

   ·中性和离子溶质

   ·球形胶团

   · 薄层胶团, 如磷脂生物膜(DMPC 和DPPC)

- 潜在应用

   ·溶质穿透膜的渗透系数

   ·确定如Flory-Huggins 等的参数,可用于作为宏观尺度如DPD 计算的输入参数

 

五、异构体筛选

COSMOconf 独特的优化方法,在巨大的异构体构象空间中搜索出最可能的异构体构象。与其他传统构象搜索方法只适应于气相条件不同,COSMOconf 可完整的处理气相、液相(包括极性和非极性)条件。

下表是不同溶剂对阿司匹林异构体的影响结果。c2 构象具有较强的氢键,在水中几乎没有影响,但是在正己烷中其影响不可忽略。

 

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