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

这项工作介绍了预测深共晶溶剂(DESs)电导率的分子基础数学模型的发展。利用文献数据，建立了两种基于真实溶剂类导体筛选模型(COSMO-RS)分子电荷密度分布(scm-profiles)的定量结构性质关系(QSPR)模型。数据包括21个铵基和膦基DESs的236个电导率实验测量值，涵盖了广泛的温度和摩尔比范围。首先，利用COSMO-RS对每个DES的氢键受体(HBAs)和氢键供体(hbd)进行了成功建模。然后，将计算得到的σ-profile作为分子描述符。两种模型中电导率与描述子之间的关系均通过多元线性回归表示。第一个模型考虑了HBA、HBD、摩尔比和温度的结构，而第二个模型额外考虑了分子描述符之间的相互作用。结果表明，考虑相互作用后，预测模型的回归系数(R2)可由0.801提高到0.985。此外，利用适用性域分析进一步评估模型的范围和可靠性。结果表明，以σ-profile为分子描述子的QSPR模型能够很好地描述DESs的性质。因此，本文所建立的模型可作为工业应用中选择具有理想导电性的DESs的参考依据。

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。

本文采用多元线性回归(MLR)方法，以COSMO-RSσ-profile为分子描述符，提出了两种新的DESs电导率线性预测QSPR模型。第一个QSPR模型考虑了HBA的结构、HBD、摩尔比和温度。第二个模型考虑了第一个模型的所有参数，并附加了描述符之间的相互作用。此外，利用适用性域(AD)分析进一步评估模型的范围和可靠性.

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。