解决方案
【COSMOlogic 应用实例】通过分子模拟了解四丙基多功能深共晶溶剂的CO2捕获潜力
摘要：
近年来，深共晶溶剂(DESs)作为传统溶剂的环保替代品在许多工业分离过程中引起了人们的极大兴趣。然而，由于有大量可能的组合，指导选择特定于任务的DES的可靠方法仍然有限。采用真实溶剂类导体筛选模型(COSMO-RS)，对126种深共晶溶剂进行了溶解度筛选，评估了其作为植物籽油萃取剂的应用潜力。将DESs的σ-谱与代表油和油保护蛋白膜的亚油酸和谷氨酰胺的σ-谱进行匹配，评价其分子相互作用。COSMO-RS结果表明，亚油酸溶解能力高的DESs对蛋白质的溶解能力较低，反之亦然。此外，通过比较DESs与亚油酸和蛋白质的相似度，对代表性DESs的σ-谱进行了验证。因此，亚油酸溶解度高的DESs可作为单独溶剂，蛋白质溶解度高的DESs可作为有机溶剂的助溶剂。然而，实验结果证明，使用具有高蛋白容量的DESs与乙醚、正戊烷和正庚烷作为共溶剂，可提高提油收率。以ChCl:Gly(1:2)为助溶剂与乙醚的收率最高为30.7%，而纯乙醚的收率为27.0%。
引言：
溶剂在广泛的工业过程中继续发挥着至关重要的作用。传统的有机溶剂包括己烷、丙酮、甲醇和氯仿等，由于它们具有较高的萃取效率和较高的溶解能力，在大规模工业分离中得到了广泛的应用。然而，由于其毒性和挥发性，大多数有机溶剂对人类和环境都是危险和有害的。
本研究以COSMO-RS为初步筛选工具，筛选DES作为植物种子油脂提取的有效溶剂或助溶剂。通常情况下，许多植物种子中的油以乳化液滴的形式存在，主要受到蛋白质膜的保护[30]。我们选择亚油酸和谷氨酰胺分别作为种子油和蛋白质膜的模式化合物，因为它们在植物种子中含量丰富。利用COSMO-RS模型，根据亚油酸和谷氨酰胺在DESs中的活度系数预测值，估算了具有代表性的DESs对亚油酸和谷氨酰胺的溶解度。分析了DESs的COSMO-RSσ谱，评价了DESs与亚油酸和谷氨酰胺分子相互作用的亲和力和强度。最后，对橡胶籽进行了油脂提取实验，验证了COSMO-RS的预测结果。
计算方法：
使用TmoleX 4.0软件对所有中性和带电物质(化合物、阳离子和阴离子)进行几何优化。最初，绘制了每个分子的化学结构。然后，利用密度泛函理论(DFT)和TZVP基集在基态进行几何优化。化合物的优化几何形状然后被用来创建。利用密度泛函理论(DFT)在Becke Perdew 86(BP86)和三ζ价势(TZVPD-FINE)基集上进行单点计算。之所以使用TZVPD参数化，是因为它为氢键相互作用提供了更相关的值，而氢键相互作用对脂肪酸和DESs分子至关重要。最后,通过TmoleX生成的cosmo文件以参数化BP_TZVPD_FINE_19.ctd导出到COSMOthermX软件中。
对126个与不饱和脂肪酸相似的离子型和非离子型疏水DESs进行了筛选。通过将表1中列出的18种HBA盐与47种HBD组合，对DESs进行了计算设计。由于每个个体的DES都由不止一种物质(阴离子、阳离子、HPA和HBD)组成。由于两者的相似性质，COSMOthermX中ILs相的表示已被用作表示DESs的正相。
结果与讨论：
同样，由图1(b)可知，HBD的选择显著影响亚油酸的溶解度(C∞LA)。
如图2所示，根据DES组分的类型不同，HBA和HBD比例的变化对其溶解度的影响也不同。
从图3(a)和图3(b)可以看出，DESs对每种亚油酸和谷氨酰胺的容量总体上呈现相反的趋势。相反，图3(b)显示Bet:Gly(1:2)，TEA:Gly(2:1)，TEA:LacA(1:2)，Bet:EG(1:2)，AChCl:AM(1:2)，AChCl:Gly(1:2)，ChCl:LacA(1:2)，ChCl:Gly(1:2)，Bet:MalA(1:1)和Bet:CitA(1:1)对亚油酸的溶解度最低，但对谷氨酰胺的溶解度较高。
如图4所示(a)和4(b),σ的轮廓的亚油酸是一种对称曲线窄峰值主要分布在非极性区域形成−0.0084e/A2<σ<0.006e/A2,但是也有一小部分地区扩展到HBAσ=0.015e/A2由于O原子,以及它有一个小峰位于HBD地区σ=−0.018e/A2归因于H原子的结构。
总结：
利用COSMO-RS模型，对126种深度共晶溶剂进行了无限稀释下的溶解度筛选，以评价其作为植物籽油萃取剂的潜力。亚油酸和谷氨酰胺在DESs中的溶解度取决于溶剂分子的性质。疏水DESs对亚油酸的溶解度高，对谷氨酰胺的溶解度低。亲水性DESs对谷氨酰胺的吸收能力高，对亚油酸的吸收能力低。这有助于为特定应用选择最合适的DES，疏水DES可以用作种子油的纯溶剂，而亲水DES则有很大的潜力与有机溶剂一起作为破坏蛋白质膜的共溶剂。此外，该研究强调了在为特定应用设计DESs时考虑HBA选择的重要性。研究结果表明，HBA和HBD的选择及其摩尔比对DES对亚油酸(C∞LA)的溶解度有显著影响。在具有不同官能团的两组分的DESs中，该比值对容量的影响最大。
文章详情：https://doi.org/10.1016/j.molliq.2023.123520
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