Сольватация и континуальные модели

Большинство химических процессов происходит в растворе, и континуальные модели сольватации учитывают влияние растворителя, представляя его как поляризуемую среду, окружающую растворенное вещество.

Definition

Методы, учитывающие влияние растворителя на структуру, энергетику и свойства растворенного вещества, наиболее экономичным способом, рассматривая растворитель как непрерывный поляризуемый диэлектрик.

Scope

Охватывает моделирование эффектов растворителя, неявные континуальные модели, такие как поляризуемая континуальная модель, COSMO и универсальная модель сольватации SMD, разделение свободной энергии сольватации на электростатический и неэлектростатический вклады, а также комплементарное использование явных и гибридных явных/неявных подходов.

Core questions

• Как неявный континуум представляет усредненный эффект растворителя?
• Как свободная энергия сольватации разлагается на электростатическую и неэлектростатическую части?
• Когда необходимы явные молекулы растворителя наряду с континуумом или вместо него?
• Как эффекты растворителя изменяют энергетику реакций и вычисленные свойства?

Key theories

Континуальная диэлектрическая сольватация

Представляет растворитель как поляризуемый диэлектрический континуум, окружающий молекулярную полость, при этом растворенное вещество поляризует среду, а среда, в свою очередь, воздействует на растворенное вещество.

Универсальные модели сольватации

Параметризованные континуальные модели, такие как SMD, сочетают электростатический континуум с эмпирическими членами для предсказания свободных энергий сольватации для множества растворенных веществ и растворителей.

Clinical relevance

Модели сольватации необходимы для реалистичных предсказаний кислотности, окислительно-восстановительных потенциалов, энергетики реакций и растворимости в растворе, где пренебрежение растворителем может привести к качественно неверным результатам.

History

Начиная с идеи реакционного поля Онсагера, континуальная сольватация развивалась через поляризуемую континуальную модель, разработанную Томази и сотрудниками, а также модели COSMO и SMD, что сделало расчеты в растворе рутинными.

Key figures

• Jacopo Tomasi
• Benedetta Mennucci
• Christopher Cramer
• Donald Truhlar

Seminal works

• tomasi2005
• marenich2009

Frequently asked questions

Когда неявная модель растворителя недостаточна?

Когда важны специфические взаимодействия растворенное вещество-растворитель, такие как водородные связи, неявный континуум может упустить важные эффекты, и тогда необходимы явные молекулы растворителя или гибридные подходы.

Что модель сольватации добавляет к расчету в газовой фазе?

Она учитывает стабилизацию и структурные и энергетические изменения, налагаемые растворителем, что может существенно изменить относительные энергии, барьеры и свойства по сравнению с их значениями в газовой фазе.