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COSMOtherm 改訂版C21-0110 の新機能紹介

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COSMOtherm 改訂版C21-0110 の新機能紹介
新製品情報
熱力学物性推算ソフトウェア
ウェア
COSMOlogic社製品COSMOthermは、COSMO-RS法により溶液中の化合物の化学ポテンシャルを算出
し、平衡熱力学物性を予測する物性推算ソフトウェアです。昨年12月に改訂版C21-0110がリリースさ
れ、平衡定数予測などの新しい物性推算機能の追加やグラフィカルユーザインターフェース(GUI)の改
良が行われました。本稿では、新しい推算機能および新GUIについてご紹介します。
ギブス自由
エネルギーおよ
および平衡定数
衡定数
ギブス自由エネルギー
ここでは、一例としてトルエン溶媒中のアルデ
ヒ ド還元反 応の ∆GR 計算 の結果を 紹介しま す。
予測
図1のような化学反応における平衡定数Kは、反
応ギブス自由エネルギー∆GR(式1)を用いて式2
のように表されます。本機能では、任意の溶液中
における各化学種のギブス自由エネルギーを算出
し、∆GRおよび平衡定数Kを推算することが可能で
す。
Petersら [1] により、アルデヒド還元反応の∆GR が
COSMOtherm を用いて計算され、実測値との比
較が行われました。図2より、計算値は実測値の傾
向を再現し、誤差は約7.5kcal/molであることが示
されました。さらに、Petersらは、還元反応の化
学平衡に対する溶媒効果を検討し、計算で得られ
る∆GR や平衡定数を用いて、還元反応に最適な溶
Energy
遷移状態
媒を予測できることを示しています。
液相抽出計算
液相抽出 算
本機能では、任意の混合溶液に対して、抽出操
A + B
図 1
作を行った際に得られる2相分離組成を推算するこ
∆GR
反応物
K
生成物
とができます。本機能を用いて、溶媒の抽出能や
C + D
抽出温度の影響を評価することができます。ま
∆G R = GC + G D − G A − G B
(
た、本機能は3成分系や多成分系の相図を計算する
化学反応と平衡
K = exp − ∆G R RT
)
(1)
(2)
ことに比べて、計算量が少なく、スクリーニング
にも適しています。
本機能の使用例として、オクタン・ベンゼン混
本機能を用いて、平衡定数の溶媒依存性、およ
合溶液に対して溶媒スルホランで抽出操作を行っ
び温度依存性を考慮することができます。すで
た場合を示します。原液と抽出溶媒の組成、およ
に、COSMOthermから得られるギブス自由エネル
び温度を指定し、計算を実行することで、抽出操
ギーや平衡定数を用いた研究結果が報告されてお
作で得られる各相の組成が算出されます。計算結
り、その有効性が示されています。
果(図3)より、抽出溶媒スルホランにて原液中の
ベンゼンを約50%抽出できることが期待されま
す。
原液
抽出溶媒
オクタン: 0.8
ベンゼン: 0.2
スルホラン:1.0
抽出操作
図 2
8
反応ギブス自由エネルギーの計算値と実測値の比較
| 菱化システム ニュースレター | 第17巻
第2号
25℃
オクタン相
スルホラン相
オクタン: 0.89
ベンゼン: 0.10
スルホラン:0.01
オクタン: 0.04
ベンゼン: 0.10
スルホラン:0.86
図 3
抽出計算の例
新製品情報
情報
熱力学物性推算ソフトウェア
ト ェ
新しいGUI:COSMOtherm X
COSMOファイルの検索ス
スタート
イル
ート
COSMOtherm の改訂にあわせて GUI が全面改
化合物名
物
訂され、名称もCOSMOthermXとなりました。こ
こ で は、GUI の 新 機 能 Compound
分子構造を
分子構造
構 を特定
?
する情報は?
Wizard と
分子構造
Solvent Screeningを紹介します。
◆Compound Wizard
CAS番号
分子構造を2
次元
構
元
スケッチし、
索
スケッチ 、検索
化合物名・
慣用名で
合
名で
検索
検索
CAS番号で
番号
号で検索
索
本機能は、化合物検索と構造構築・量子化学計
算実行/制御を組み合わせたCOSMOファイル選択
該当するフ
ファイルなし
し
該当するファイルあり
当
ナビゲーションツールです(図4)。
検索結果は
検索結果
結 は?
情報あり
分子構造を2
次元
構
元
スケッチし、
3次元
次元構造へ変換
図 5
Compound Wizardのパネル
COSMOtherm の物性推算では、化合物の表面
電 荷 情 報 を 収 録 し た COSMO フ ァ イ ル が 必 要 で
す。通常、物性推算の操作は、既存のファイル中
から目的の COSMO ファイルを検索することから
始まります。Compound Wizardでは、化合物名・
CAS 番号・構造による検索が行えますので、容易
情報なし
報
ChemSpiderから
ら
構造情報を取得し
情
3次元構造を構築
造
量子化学計算で
学
COSMOファイルを
ファイル
イルを
作成
作成
該当するCOSMO
で物性計算
ファイルで
計
図 4
構造情報は?
情
Compound Wizardのナビゲーションフロー
溶媒種が増えるに従って計算時間が大幅に増加す
るなどの問題がありました。本機能では、溶媒指
定を一括で行え、また、最小限の計算時間で溶解
度を計算できるようになります。
例えば、溶媒 28種に対するアスピリンの溶解度
計算を行った場合、従来は計算設定に 30回以上の
に目的の化合物を見つけることができます。目的
マウス操作が必要で、計算時間も約 15分掛かりま
のファイルが存在しない場合には、量子化学計算
した。本機能を用いることで、僅か4回のマウス操
のための構造構築機能(2次元構造の描画と3次元
構造への立ち上げ機能)を利用して、簡単に初期
構造構築、量子化学計算の入力作成・計算の実行
が行えます(図5)。
作で計算設定が済むようになり、計算も約1分で終
了します。
本機能を用いて、溶質に最適な溶媒を簡単かつ
高速にスクリーニングできます。
また、Compound Wizardには化合物検索サイト
ChemSpider(http://www.chemspider.com/)に
ク エ リ を 送 信 す る 機 能 が 用 意 さ れ て い ま す。
ChemSpider では、化合物名や CAS 番号などに対
応する化合物情報を提供しており、その情報には
分子構造情報も含まれています。ChemSpider と
Compound Wizardを組み合わせることで、化合物
名やCAS番号から分子構造の構築が簡単に行えま
す。
◆Solvent Screening
本機能は、特定の溶質の各種溶媒に対する溶解
図 6
度および相対溶解度を計算するための機能です
(図 6)。これまで、複数の溶媒に対する溶解度を
計算する場合、溶媒の設定が煩雑であることや、
[1]
Solvent Screening設定パネル
M. Peters, L. Greiner, K. Leonhard, AIChE Journal,
2008, 54, 2729–2734.
第17巻
第2号 | 菱化システム ニュースレター |
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