COSMO 용매화 모델

COSMO solvation model
펜타크릴산염 분자의 COSMO 표면(빨간색 = 음, 녹색 = 양의 평형층).
4-니트로-벤조이산의 전하 밀도 표면.COSMO로 계산됩니다.

COSMO[1][2](CONDuctor-like Screening MOdel)는 분자와 용제의 정전적 상호작용을 결정하기 위한 계산방법이다.COSMO는 유전체 연속체[1][3][4][5] 모델(연속체 용해 모델)입니다.이러한 모델은 계산 화학에서 용매화 효과를 모델링하기 위해 사용될 수 있습니다.COSMO는 최근 몇 년 동안 이러한 용매화 모델의 인기 있는 방법이 되었습니다.COSMO 형식주의는 호시 등이 앞서 [1][6]제안한 방법과 유사하다.COSMO 평가치는 다른 많은 유전체 연속체 모델과 마찬가지로 분자 표면의[3] 표면 분할(일반적으로 '용제 접근성 표면'이라고 함)에 기초한다.

COSMO와 같은 연속체 용매화 모델은 각 용매를 유전율의 연속체로 취급합니다.연속체 용매화 모델은 용매 분자를 분자 공동 외부에 둘러싸고 있는 유전체 연속체에 의해 용매에 근사합니다.대부분의 경우 반데르발스 반지름보다 약 20% 더 큰 반경을 가진 원자 중심 구체의 집합체로 구성됩니다.실제 계산을 위해 캐비티 표면은 세그먼트(예: 육각형, 펜타곤 또는 삼각형)로 근사됩니다.

다른 연속체 용매화 모델과 달리, COSMO는 용질의 극성에 의해 발생하는 연속체의 편광 전하를 스케일링된 컨덕터 근사치에서 도출합니다.용제가 이상적인 도체라면 캐비티 표면의 전위가 사라져야 합니다.예를 들어 양자화학에서 분자 내 전하의 분포를 알고 있는 경우 표면 세그먼트에서 q {\ q를 계산할 수 있습니다.유전율이 유한한 용제의 경우 이 q(\q)는 약 f { f 낮습니다.

f { f는 약

서 xx}) 값은 중성 분자의 경우 0.5, 이온의 경우 0.0으로 설정해야 합니다(원래 [2]파생 참조).인 C-PCM의 COSMO 재실장에서는x(\ x 이 0으로 잘못 설정되어 있습니다.

결정된 용제 와 분자의 기존 전하 분포로부터 용매와 용질 분자 간의 상호작용 에너지를 계산할 수 있다.

COSMO 방법은 반경험적 계산, Hartree-Fock-method 계산 또는 밀도 함수 이론([1]양자 물리학) 계산과 같이 분자의 전하 분포를 결정할 수 있는 이론 화학의 모든 방법에 사용할 수 있다.

변종 및 구현

COSMO는 ADF, GAMESS-US, 가우스, MOPAC, NWChem, TURBOMOL 및 Q-Chem과 같은 다수의 양자 화학 또는 반경험적 코드로 구현되었습니다.분극성 연속체 모델 PCM의 COSMO 버전도 개발되었습니다[citation needed].실시형태에 따라 공동구성과 사용된 반지름, 분자표면을 나타내는 세그먼트 및 유전체 스케일링 f의x(\ x 이 다를 수 있으며, 이는 때때로 발표된 유전체의 재현성과 관련된 문제를 야기한다.결과.

다른 방법과의 비교

분자의 전하 분포의 다극 팽창에 기초한 모델은 작고, 준구형 또는 타원형 분자로 제한되는 반면, COSMO 방법은 (다른 많은 유전체 연속체 모델과 마찬가지로) 크고 불규칙하게 형성된 분자 구조에 적용될 수 있다는 장점이 있다.

정확한 유전체 경계 조건을 사용하는 분극성 연속체 모델(PCM)과 달리 COSMO 방법은 스케일링 f f를 사용합니다.스케일링은 근사치이지만, 이른바 아웃사이드 전하(outlitting charge)에 대한 보다 정확한 설명을 제공하여 해당 오류를 줄일 수 있었습니다.정확한 유전체 경계 조건과 감소된 외부 전하 오차를 결합한 COSMO와 적분 방정식 형식주의 PCM(IEFPCM)의 방법[7] 비교는 실험 용매화 데이터에 대한 편차에 비해 방법 간의 차이가 작음을 보여주었다.용매를 연속체로 취급하여 수소 결합 또는 방향 변경과 같은 효과를 무시함으로써 발생한 오류는 따라서 다른 연속체 용해 방법의 세부 사항보다 실험 데이터를 재현하는 데 더 관련이 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d A., Klamt; G., Schüürmann (1993). "COSMO: a new approach to dielectric screening in solvents with explicit expressions for the screening energy and its gradient". J. Chem. Soc. Perkin Trans.2. 2 (5): 799–805. doi:10.1039/P29930000799.
  2. ^ a b Klamt, Andreas (2005). From Quantum Chemistry to Fluid Phase Thermodynamics and Drug Design. Boston, MA, USA: Elsevier. ISBN 9780444519948.
  3. ^ a b Herbert, John M. (2021-03-23). "Dielectric continuum methods for quantum chemistry". WIREs Computational Molecular Science. 11 (4). doi:10.1002/wcms.1519. ISSN 1759-0876.
  4. ^ Cramer, Christopher J. (2004). Essentials of computational chemistry: theories and models (2nd ed.). Chichester, West Sussex, England: Wiley. ISBN 0-470-09182-7. OCLC 55887497.
  5. ^ Frank, Jensen (2017). Introduction to computational chemistry. John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-82599-0. OCLC 989360916.
  6. ^ Hoshi, Hajime; Sakurai, Minoru; Inoue, Yoshio; Chûjô, Riichirô (1987-07-15). "Medium effects on the molecular electronic structure. I. The formulation of a theory for the estimation of a molecular electronic structure surrounded by an anisotropic medium". The Journal of Chemical Physics. 87 (2): 1107–1115. doi:10.1063/1.453343. ISSN 0021-9606.
  7. ^ Klamt, A.; Moya, C.; Palomar, J. (2015). "A Comprehensive Comparison of the IEFPCM and SS(V)PE Continuum Solvation Methods with the COSMO Approach". Journal of Chemical Theory and Computation. 11 (9): 4220–4225. doi:10.1021/acs.jctc.5b00601. PMID 26575917.