Sz

1
Számítógépes molekulatervezés
Számolások ipari célra a COSMO-RS és a UNIFAC
Dr. Borosy András Péter
2
Végcél

• Uszály (trail, sillage)

Eros illat
Gyenge illat
2
3
Parciális goznyomás

• Nem tiszta anyagokkal, hanem elegyekkel dolgozunk
• Jó lenne tudni, merre szállnak az
  illatmolekulekulák
• Az aktivitási együttható csak nehezen és
  pontatlanul mérheto

fejtér
P
?i 1 ? ideális, Raoult ?i ? 1 ? valódi
p1, p2, p3, , pi
x1, x2, x3, , xi
parfüm
4
Goz-folyadék egyensúly
5
UNIversal Functional Activity Coefficient
(UNIFAC)

• A molekulák közötti kölcsönhatásokat funkciós
  csoportok közötti kölcsönhatásokkal közelíti
• 1-propanol n-hexánban
• Ln ? a kombinatorikus (c) s a reziduális (r) tag
  összegeként írható fel
• Group-Contribution Estimation of Activity
  Coefficients in Nonideal Liquid Mixtures,
  American Institute of Chemical Engineers Journal,
  Vol. 21, No. 6, November 1975 pp. 1086-1099.

6
Kombinatorikus tag

• ahol xi a moltört, Rk és Qk a csoport felülete
  és térfogata ?k a koncentrációja

7
Reziduális tag

• a csoport aktivitása egyedül az adott
  molekulában

• Tm az m csoport relatív felületeinek összege a
  többi csoport felületéhez képest, Xn a csoport
  moltörtje,

8
Reziduális tag

• ?m,n az m és n csoport közötti kölcsönhatási
  paraméter ami az U m,n kölöcsnhatási
  energiából számolható
• U m,n ? U m,n , új funkciós csoportok esetén ki
  kell mérni ?
• a UNIFAC konzorcium a tagoknak az éves tagdíj
  fejében elvégzi. ?
• Innen már gyors és olcsó a módszer ?
• A molekulákat elo kell állítani és el kell
  küldneni a konzorciumnak ?

9
Példa
10
COnductor-like Screening Model (COSMO)

• Poláris oldószerekben a dielektrikumok elméletén
  alapúló módszerek nem muködnek (D-PCM)
• COSMO a molekuláris üregen (m.ü.) kívüli
  oldószer dielektrikum
• m.ü. a vdW térfogatnál 20-al nagyobb
  atomközéppontú gömbök egyesített térfogata,
  felületének kiszámítása valamilyen sokszög
  közelítéssel (pl. 3, 6 szögek), az egyes
  megvalósítások különböznek

11
COnductor-like Screening Model (COSMO)

• A poláris oldószer által indukált polarizációból
  eredo töltéseket a vezetokre érvényes
  közelítéssel számitja a m.ü.-n belül
• Ha a töltéseloszlás a molekulában (1) és
  oldószert e permittivitása (2) ismert, a m.ü.
  felületén a töltés kiszámítható
• A sokszög közelítés miatt bármilyen alakú
  molekulára alkalmazható

12
COnductor-like Screening Model for Real Solvents

• Optimalizálás (minimális PM3 energiájú
  konformer//HF tzvp_ahlrichs/DFTBVP86)
• A molekulák között kölcsönhatást m.ü.-k közötti
  kölcsönhatásként írja le (csak vezeto !)
• s felületi szegmensek töl. surusége

13
s-profil felületi szegmensek töltés suruség
eloszlása
?
A. Klamt, G. Schüürmann, Journal of the Chemical
Society, Perkin Transaction 2, 799 (1993)
14
Egymást szereto folyadékok komplementerek
15
A kémiai potenciál és aktivitási együttható
számítása elegyekben (COSMOTherm)

• s-profil - hisztogram, p (s) - tárolása

16
Folyadék-folyadék egyensúly (logPow)
Compounds COSMO-RS EXP
Coumarine 1.07 1.39
Benzylacetate 2.28 1.96
Cyclal C 2.42 2.85
Dimethyloctenone 2.96 2.97
Eucalyptol 3.11 2.74
Benzylbenzoate 3.71 3.97
Diphenyloxide 3.90 4.21
Lilial 4.00 4.36
Aldehyde C12 mna 4.94 4.67
17
Goz-folyadék egyensúly

• COSMO-RS (?), UNIFAC (- -) vs mérés (?) 25?C-on
  levegoben

18
Goznyomás 90-a jó (vacuum-energiával még jobb!)
19
Goznyomás (EPIWin 4.0)
20
Parfüm párolgás szimuláció a forrásnál
Example image placeholder

• Az oldószer (mátrix) hatás is szimulálható.
• G. Járvás, A Dallos, Ch. Quellet, International
  Journal of Heat and Mass Transfer 54 (2011)
  463046

Time
21
Ellenorzés

• A folyadékfázis elemzése alapján

Számított
Mért
21
22
Távol a forrástól
Párolgás
Goz-folyadék egyensúly
érzet
Koncentráció a légtérben
Diffúzió
Konvekció
orr
levego
receptorok
Felületi folyadékréteg
Parfüm-film
agy
Szilárd felület (elhanyagoljuk)
23
Számítás menete

• A párolgási szimuláció kiemenetébol (UNIFAC vagy
  COSMOTherm) indul diffúziós-konvekciós szimuláció
  (COMSOL Multiphysics)
• Az OV i ido és tétbeli változásának számítása VE
  módszerrel (3000 pontban)
• Adatok megjelenítése és integráció MatLab-bal
  (Pannon E.)
• M.A. Teixeira, O. Rodriguez, V.G. Mata, A.E.
  Rodrigues, The diffusion of perfume mixtures and
  the odor performance, Chem. Eng. Sci. 64 (2009)
  25702589.

Impact
Longetivity
Bloom
Volume
24
Ellenorzés
10 panelistsa Távolság 1m, 3m, 5m

• - 300 µl nyitott Petri-csészében 80 cm² -en, 36C
  (bor)
• állandó szélsebességgel üvegfalak között

24
25
Jerry Berson Sterling Professor Emeritus,
Member of Yale faculty since 1969

• Kísérleti fizikai szerves vegyész
• California Section AwardJames Flack Norris Award
  in Physical Organic ChemistryWilliam H. Nichols
  MedalRoger Adams Award in Organic
  ChemistryArthur C. Cope Scholar AwardOesper
  Award
• www.chem.yale.edu/faculty/berson.html

26
Jerry Berson Sterling Professor Emeritus,
Member of Yale faculty since 1969

• Kísérleti fizikai szerves vegyész
• California Section AwardJames Flack Norris Award
  in Physical Organic ChemistryWilliam H. Nichols
  MedalRoger Adams Award in Organic
  ChemistryArthur C. Cope Scholar AwardOesper
  Award
• www.chem.yale.edu/faculty/berson.html
• Experimentalists ignore the results of
  calculations at their own peril.
• gt 30 évvel ezelott (J. Am. Chem. Soc. 2011, 133,
  1484114843)