COSMO-RS

COSMO-RS (kurz von englisch "Conductor like Screening Model for Real Solvents")^[1]^[2]^[3] ist eine auf der Quantenchemie basierende Methode der Gleichgewichtsthermodynamik zur Vorhersage chemischer Potentiale µ in Flüssigkeiten. Sie verarbeitet die Abschirmungsladungsdichte σ auf der Oberfläche von Molekülen, um das chemische Potential µ der einzelnen Spezies in Lösung zu berechnen. In einem ersten Schritt wird eine quantenchemische COSMO-Berechnung^[4] für alle Moleküle durchgeführt und die Ergebnisse (z. B. die Abschirmladungsdichte) in einer Datenbank gespeichert. In einem separaten Schritt verwendet COSMO-RS die gespeicherten COSMO-Ergebnisse, um das chemische Potential der Moleküle in einem flüssigen Lösungsmittel oder Gemisch zu berechnen. Die sich daraus ergebenden chemischen Potentiale bilden die Grundlage für andere thermodynamische Gleichgewichtseigenschaften wie Aktivitätskoeffizienten, Löslichkeit, Verteilungskoeffizienten, Dampfdruck und freie Solvatationsenergie. Die Methode wurde entwickelt, um eine allgemeine Vorhersagemethode zu bieten, die keine systemspezifischen Anpassungen erfordert.

Aufgrund der Verwendung von Abschirmungsladungsdichten σ aus COSMO-Berechnungen benötigt COSMO-RS keine Parameter für funktionelle Gruppen. Quantenchemische Effekte wie Gruppen-Gruppen-Wechselwirkungen, mesomere Effekte und induktive Effekte werden durch diesen Ansatz ebenfalls in COSMO-RS einbezogen.

Die COSMO-RS-Methode wurde erstmals 1995 von Andreas Klamt veröffentlicht.^[1] Eine verfeinerte Version von COSMO-RS wurde 1998 veröffentlicht^[5] und bildet die Grundlage für neuere Entwicklungen und Neuimplementierungen.^[6]^[7]^[8]^[9]^[10]

Die Methode wurde in den Softwares COSMOtherm und COSMOconf implementiert.^[11]^[12]

[1]
Andreas Klamt: Conductor-like Screening Model for Real Solvents: A New Approach to the Quantitative Calculation of Solvation Phenomena. In: The Journal of Physical Chemistry. Band 99, Nr. 7, Februar 1995, S. 2224–2235, doi:10.1021/j100007a062.
[2]
Andreas Klamt: COSMO-RS: from quantum chemistry to fluid phase thermodynamics and drug design. Elsevier, 2005, ISBN 978-0-444-51994-8.
[3]
Andreas Klamt, Frank Eckert, Wolfgang Arlt: COSMO-RS: An Alternative to Simulation for Calculating Thermodynamic Properties of Liquid Mixtures. In: Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering. Band 1, Nr. 1, 15. Juni 2010, S. 101–122, doi:10.1146/annurev-chembioeng-073009-100903.
[4]
A. Klamt, G. Schüürmann: COSMO: a new approach to dielectric screening in solvents with explicit expressions for the screening energy and its gradient. In: J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2. Nr. 5, 1993, S. 799–805, doi:10.1039/P29930000799.
[5]
Andreas Klamt, Volker Jonas, Thorsten Bürger, John C. W. Lohrenz: Refinement and Parametrization of COSMO-RS. In: The Journal of Physical Chemistry A. Band 102, Nr. 26, 1. Juni 1998, S. 5074–5085, doi:10.1021/jp980017s.
[6]
Shiang-Tai Lin, Stanley I. Sandler: A Priori Phase Equilibrium Prediction from a Segment Contribution Solvation Model. In: Industrial & Engineering Chemistry Research. Band 41, Nr. 5, 1. März 2002, S. 899–913, doi:10.1021/ie001047w.
[7]
Hans Grensemann, Jürgen Gmehling: Performance of a Conductor-Like Screening Model for Real Solvents Model in Comparison to Classical Group Contribution Methods. In: Industrial & Engineering Chemistry Research. Band 44, Nr. 5, 1. März 2005, S. 1610–1624, doi:10.1021/ie049139z.
[8]
Tamal Banerjee, Ashok Khanna: Infinite Dilution Activity Coefficients for Trihexyltetradecyl Phosphonium Ionic Liquids: Measurements and COSMO-RS Prediction. In: Journal of Chemical & Engineering Data. Band 51, Nr. 6, 1. November 2006, S. 2170–2177, doi:10.1021/je0602925.
[9]
Cory C. Pye, Tom Ziegler, Erik van Lenthe, Jaap N. Louwen: An implementation of the conductor-like screening model of solvation within the Amsterdam density functional package — Part II. COSMO for real solvents. In: Canadian Journal of Chemistry. Band 87, Nr. 7, Juli 2009, S. 790–797, doi:10.1139/V09-008.
[10]
Robert Franke, Bernd Hannebauer: On the influence of basis sets and quantum chemical methods on the prediction accuracy of COSMO-RS. In: Physical Chemistry Chemical Physics. Band 13, Nr. 48, 29. November 2011, S. 21344–21350, doi:10.1039/C1CP22317H.
[11]
Andreas Klamt, Frank Eckert: Prediction of vapor liquid equilibria using COSMOtherm. In: Fluid Phase Equilibria. Band 217, Nr. 1, 2004, S. 53–57, doi:10.1016/j.fluid.2003.08.018.
[12]
Vitus Besel, Milica Todorović, Theo Kurtén, Patrick Rinke, Hanna Vehkamäki: Atomic structures, conformers and thermodynamic properties of 32k atmospheric molecules. In: Scientific Data. Band 10, Nr. 1, 2023, S. 450, doi:10.1038/s41597-023-02366-x.

Siehe auch

Einzelnachweise

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