Abstract

  In this paper, computer simulations of dissolving some small organic molecules: methanol (CH3OH), ethanol (CH5OH), acetamide (H3CC(O)NH2), methanethiol (CH3SH), methylamine (CH3NH2), chloromethane (CH3Cl) in water and calculations of the Gibbs free energy of hydration are performed. Calculations of the free energy of hydration are carried out within the framework of two well-known continuum solvation models: Solvation Model of Density (SMD) and Conductor-like Polarizable Continuum Model (CPCM). The quantum-mechanical part of the calculations is performed by the method of the hybrid density functional b3lyp and the restricted Hartree-Fock method. A comparative assessment of the accuracy and timing of calculations using different methods has been carried out. The versatility, high accuracy, and low consumption of calculation time using the SMD in a frame of the density functional method b3lyp are shown. In comparison with experimental data, errors of the values of the free Gibbs energy of dissolution of molecules in water are not exceeded 20 percent. The two modified CPCM models demonstrate worse results regarding accuracy and time consumption than the SMD approach. In this case, the restricted Hartree-Fock method turns out to be preferable compared to the density functional method b3lyp.

Highlights

  • Проведено компьютерное моделирование и выполнены расчеты при стандартных условиях свободной энергии Гиббса растворения в воде шести пробных органических молекул: метанола (CH3OH), этанола (CH5OH), ацетамида (H3CC(O)NH2), метантиола (CH3SH), метиламина (CH3NH2), хлорметана (CH3Cl)

  • The quantum-mechanical part of the calculations is performed by the method of the hybrid density functional b3lyp and the restricted Hartree-Fock method

  • The restricted HartreeFock method turns out to be preferable compared to the density functional method b3lyp

Read more

Summary

Теоретические схемы моделей растворения SMD и CPCM

В правой части уравнения (1) первое слагаемое обозначает электронную (E) и ядерную (N) компоненты электростатической энергии, энергию поляризации (P) растворенной молекулы. Второе слагаемое в правой части (1) включает в себя вклады энергии кавитации (C), дисперсии (D) и искажения локальной структуры (S) растворителя. Вычисление данного вклада возможно с помощью варьируемой электронной и ядерной плотности. Выражение для кавитационной энергии было получено в [6] с использованием теории масштабируемых частиц для одиночной сферы и никак не связанно с квантово-механическим описанием растворенной молекулы [7]. Вычисление функционала дисперсионно-обменного вклада в энергию сольватации [8] исходит из того, что ван-дер-ваальсовую энергию связи между молекулой и растворителем можно представить в виде суммы энергий взаимодействия между всеми парами атомов: один атом принадлежит растворенной молекуле, а другой — молекуле растворителя [9]

Результаты вычислений свободной энергии растворения и их анализ
Растворенные молекулы
Библиографический список
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call