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Combination of molecular simulations and COSMO-RS for an a priori prediction of phase equilibria in systems containing large molecules

结合分子模拟和 COSMO-RS 对包含大分子的系统中的相平衡进行先验预测

基本信息

批准号：
171583471
负责人：
Dr. Liudmila Mokrushina
金额：
--
依托单位：
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik (TVT)
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2010
资助国家：
德国
起止时间：
2009-12-31 至 2012-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/171583471?language=en
关键词：
Combination molecular simulations COSMO RS

项目摘要

Das Projekt hat zum Ziel, eine effiziente Methode zu entwickeln, welche Molekularsimulationen mit einem auf Quantenmechanik basierenden Modell (COSMO-RS) koppelt und in Folge eine a-priori Vorhersage von Phasengleichgewichten in Systemen mit großen Molekülen erlaubt. Diese Modellierung wird an Tensidsystemen wie mizellare und vesikuläre Lösungen getestet. Auf Quantenmechanik basierende Methoden zur Modellierung thermodynamischer Eigenschaften auf dem Gebiet der Verfahrenstechnik haben einen großen wissenschaftlichen und industriellen Erfolg. Darunter ist das COSMO-RS Modell eine der bekanntesten Methoden, die eine a-priori Vorhersage von Phasengleichgewichten in komplexen Mehrkomponenten-Systemen ermöglicht. Vor allem ist COSMO-RS eine effiziente Methode, die Verteilungskoeffizienten organischer Stoffe zwischen verschiedenen Phasen mizellarer Systeme a-priori vorhersagen kann, wobei nur die Molekülstrukturen aller beteiligten Komponenten bekannt sein müssen. Die Erlanger Forschergruppe im Lehrstuhl TVT hat nachgewiesen, dass das Ergebnis sehr von den zur Rechnung verwendeten Konformeren abhängt, wobei das Konformer mit der minimalsten Energie nicht immer das beste Ergebnis ergibt. Es wurde auch gezeigt, dass für kleine Solutemoleküle eine zuverlässige Vorhersage möglich ist, wenn eine Boltzmann-gewichtete Mischung der aus einer Konformeranalyse im Vakuum gewonnenen Konformeren verwendet wird. Diese Vorgehensweise ist bei den großen Tensidmolekülen nicht möglich, da eine Vielzahl von Konformeren existiert und die Rechenzeit ins Unendliche wachsen würde. In diesem Fall muss die Vorhersage auf Sets mit limitierter Konformeranzahl basieren. Die Antragstellerin hat nachgewiesen, dass sich die Ergebnisse stark für verschiedene Konformersets großer Moleküle verändern. Außerdem können manche Moleküle durch die Wechselwirkung mit den Lösungsmittelmolekülen unterschiedliche Konformationen in einem hydrophoben und einem hydrophilen Lösungsmittel ausbilden. Deswegen ist es sehr wichtig, eine konsistente Methode zu entwickeln, welche repräsentative Konformersets großer Tensidmoleküle liefern kann. Eine solche Methode auszuarbeiten ist das Ziel dieses Vorhabens. Um dieses Ziel zu erreichen, soll das COSMO-RS Modell mit molekulardynamischen Simulationen (MD) in Gegenwart des gewünschten Lösungsmittels (hydrophob oder hydrophil) kombiniert werden. Dabei wird MD für das Sampling des Konformationsraums großer Tensidmoleküle verwendet. Konformationen, die im System existierende Tensidmoleküle adäquat beschreiben, werden nach bestimmten Auswahlkriterien aus allen MD-Konformationen entnommen und in das COSMO-RS Modell eingesetzt. Die Auswahl soll auf den Wahrscheinlichkeiten des Vorhandenseins der Konformationen basieren. In Vorarbeiten zu diesem Antrag wurde gezeigt, dass die Größe und die Form der Konformation, z.B. ausgedrückt durch den Gyrationsradius, wichtige Kenngrößen zu sein scheinen. Sie werden für das Clustering der MD-Konformationen verwendet. Als Endergebnis wird eine effiziente Methode für die Auswahl der Konformationen großer Moleküle als Basis für COSMO-RS erstellt. Es ist zu erwarten, dass diese erarbeitete Vorgehensweise eine zuverlässige und reproduzierbare Vorhersage von Aktivitäts- und Verteilungskoeffizienten erlaubt. Dies gilt nicht nur für kolloidale Systeme sondern auch für andere komplexe Fluidsysteme, welche große Moleküle, z.B. Wirkstoffe und/oder Makromoleküle, enthalten.

该方案是一种有效的改进方法，采用基于量子力学模型（COSMO-RS）的分子模拟方法，并在大分子系统中进行了一种先验的相位预测。这个模型将成为一个类似于mizellare和vesikuläre Lösungen得到测试的时间系统。基于量子力学的方法，在虚拟现实技术的基础上建立了一个大规模的科学和工业成果模型。这是COSMO-RS模型的一种最佳测试方法，是一种在复杂的组合系统中先验地预测相位的方法。由于COSMO-RS是一种有效的方法，因此，只有通过改进组件的分子结构，才能使垂直结构的组织者能够先验地验证阶段性系统。TVT中的埃尔朗格研究小组很快发现，这些结果都来自于对最小能量的重构，而重构并不总是最好的结果。这也是一个很好的例子，如果一个玻尔兹曼-gewichtete Mischung der aus einer Konformeranalysis im Vakuum gewonnenen Konformeren verwendet wird，那么对于小Solutemoleküle来说，这是一个非常好的预测。这种前向运动在大范围运动中并不多见，而是由一种由Konformeren运动和无休止的运动组成的一种运动。在这个秋天，我们必须在有限制的基础上进行预订。随后，该建筑物被拆除，这使得该建筑物的外观变得非常明显。Außerdem können manche Moleküle durch die Wechselechtung ung mit den Lösungsmittelmolekülen unterschedliche Konformationen in einem hydrophoben und einem passive en Lösungsmittel ausbilden. Deswegen ist es sehr wichtig，eine consistente Methode zu entwickeln，welche repräsentative Konformersets großer Tenquilmoleküle liefern kann.一个唯一的方法就是把这些都预先准备好。Um dieses Ziel zu erreichen，soll das COSMO-RS Modell mit molekulardynamischen Simulationen（MD）in Gegenwart des gewünschten Lösungsmittels（hydrophob oder hydrophil）kombiniert韦尔登。Dabei wird MD für das Sampling des Konformationsraums großer Tensumoleküle verwendet.系统中的参数化模块需要进行调整，韦尔登可以通过所有艾伦MD参数化模块和COSMO-RS模块进行优化。该Auswahl soll auf den Wahrscheinlichkeiten des Vorhandenseins der Konformationen basieren.在Vorarbeiten zu diesem Antrag wurde gezeigt，dass die Größe und die Form der Konformation，z.B.通过回转半径来绘制，这是一个很好的方法。Sie韦尔登für das Clustering der MD-Konformationen verwendet. Als Endergebnis wird eine effiziente Methode für die Auswahl der Konformationen großer Moleküle als Basis für COSMO-RS erstelt.这是一个很好的例子，因为这是一个积极的和有效的活动。Dies gilt努尔für kolloidale Systeme sondern auch für andere komplexe Fluidsysteme，welche greße Moleküle，z.B. Wirkstoffe und/oder Makromoleküle，100.