COSMOtherm – Biovia材料与生命科学 https://lssystemes.com 达索系统 Fri, 14 Jul 2023 07:11:11 +0000 zh-Hans hourly 1 https://wordpress.org/?v=6.9.4 BIOVIA COSMOlogic—–共晶筛选 https://lssystemes.com/34875/ Wed, 01 Dec 2021 06:49:04 +0000 https://lssystemes.com/?p=34875 BIOVIA COSMOlogic基于先进的COSMO-RS理论，预测任意组分和条件下的流体热力学性质，广泛应…

BIOVIA COSMOlogic—–共晶筛选最先出现在Biovia材料与生命科学。

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BIOVIA COSMOlogic基于先进的COSMO-RS理论，预测任意组分和条件下的流体热力学性质，广泛应用于大化工领域的方方面面。

 

1. 化学工程

COSMOtherm ——功能全面的性质预测工具

COSMOtherm 的独特之处在于融合了量子力学与化工热力学理论，在迄今所有热力学性质预测工具中可能是最最全面、范围最广的热力学性质预测工具。软件集自动化及普适性于一体，适用于有机化学及其他领域的函数空间且能够保持基本一致的计算精度。经验证，对复杂多基团分子尤为有效。不仅如此，其基本思想并非基于基团贡献法及特定相互作用，确保了在对罕见的官能团进行计算的同时计算精度不受影响。在化工领域能够：

· 定量预测混合液体平衡特性

· 处理缺乏实验数据的待测化合物

· 节约试验耗时

性质预测

· 活度系数

· 相图:气液平衡及工沸物

· 相分离：液-液及萃取平衡

· 溶剂化及反应化学的自由能

· 分配系数

· 溶解度及固-液平衡

· 离子液体

· 萃取平衡

· 蒸馏共沸剂的筛选

· 流程模拟的活度系数模型参数

关键功能

溶剂筛选

通过溶剂筛选可为萃取或下游工艺确定最佳溶剂、最佳抗溶剂、或选择性最佳的溶剂。对大型溶剂数据库进行虚拟预筛选可降低实验量，并发现意想不到的备选化合物。

相平衡及蒸馏

COSMOtherm 为液、气、固相的溶解平衡问题提供了多样的解决方案。对于萃取平衡及利用共沸剂改变或破坏共沸物实现气液分离这类复杂过程，可通过直接或简单的方法进行模拟。

离子液体

COSMOtherm 将离子液体视为阴离子与阳离子的混合物，可达到与中性溶剂相同的预测精度。因此成为寻找新型溶剂的独特而高效的筛选工具。

活度系数

COSMOtherm可对复杂及多基团化合物的活度系数进行与简单化学体系相同精度的预测。藉此完美补充了UNIFAC这类基于基团贡献法的不足，这类方法对简单化学体系的计算往往非常有效，然而涉及到更复杂的化学体系时通常会失效。

溶液中的反应化学

将高水平的TURBOMOLE量子化学方法与COSMOtherm的溶剂化自由能预测方法相结合，可实现对反应机理的考察。进而可实现对平衡常数甚至动力学常数的半定量预测。这一方法还可直接确定反应的最佳溶剂。

流程建模与工程（PME）模拟

基于热力学数据预测可进行流程建模与工程（PME）模拟，热力学数据可通过诸如NRTL、UNIQUAC、或威尔逊方程活度系数模型参数表达。此外，流程模型的构建者还可利用COSMOtherm基于CAPE-OPEN标准的用户界面灵活更新其PME。
 

2. 药物设计

现代化的药品设计流程涉及计算机辅助设计、研究及生物活性分子的改性。计算机辅助药品设计可缩短药品的开发周期，加速创新和优化的过程。此外还为将更多、新型的小分子结构引入开发过程提供了可能。
COSMOlogic软件基于量子化理论，在有机化学领域具有广泛应用。使用者还可将其应用于其他新的化学领域中。

· 静电

· 氢键

· 疏水相互作用

· 构型

ADME性质

利用COSMOtherm或COSMOquick，可根据表面极性信息及结构参数生成分子描述符。使用者可利用这些具有物理意义的描述符构建自己的QSAR模型。本软件提供了大量ADME模型可供直接使用。

 

3. 药物开发

药品开发涉及高效合成路线的开发、提纯及结晶，多面向新型活性药物成分（APIs），不仅受仅能提取出极少极其昂贵化合物的制约，且面临专利保护期不断流逝的压力。鉴于上述情况，计算机辅助筛选则具可达到事半功倍的效果。

共晶体筛选

通过APIs共结晶实现性能优化及专利规避已成为药物开发的一个重要分支。COSMOquick可依据给定APIs的共结晶概率对大量可能的共晶前驱体进行快速排序，还可对结果的溶解性进行粗略评估。

溶解度筛选

溶解度对晶体、共晶体或溶剂化物的生成，及药物释放过程中的药代动力学都有影响。COSMOtherm可预测纯化合物、共晶体及混合物的溶解性。萃取溶剂优化或下游工艺优化是COSMOtherm的关键应用之一。

相平衡

COSMOtherm拥有多种对液相、气相及固相的相平衡问题进行处理的方法。使用者甚至可通过直接、简洁的方法模拟复杂体系。萃取平衡及提纯仅是其中的2个潜在应用。

反应

将TURBOMOLE的高水平量子化学方法与COSMOtherm的溶剂自由能预测相结合，可对反应机理进行考察。可对平衡常数甚至动力学常数进行半定量预测。在这方面的直接应用是选取最佳反应溶剂。
 

4. 环境科学

在多学科交叉领域中，环境科学结合了生物到化学、物理多个不同学科。COSMOtherm为协助环境研究锁定问题所属的领域提供了多样的选择方案。利用本软件对性质的预测可帮助使用者预定必要的实验设置进而缩短试验耗时。

热力学数据

对复杂化合物，COSMOtherm可同样简单、精确的进行快速、可靠的热力学数据预测。对于蒸汽压、水溶性、亨利常数乃至大气寿命这类重要性质都可在特殊环境设置面板中方便的获取。

分配系数

可在定义的相直接计算分配系数或不同温度区间内计算分配系数。对涉及土壤吸收或血脑分配系数这类复杂、不均一相的分布问题，COSMOtherm可使用自创的描述符利用QSPR模型进行处理。

QSPR、QSAR等

基于具有物理意义的描述符可构建自己的QSPR/QSAR模型。COSMOtherm可通过表面极性信息及结构参数生成分子描述符。在QSPR库中已有大量可供环境科学研究使用的模型。

为什么选择COSMOtherm？

· 出色的环境数据预测能力

· 可为模型开发提供有价值的描述符

· 快速的QSPR模拟

· 减少所需的实验量

 

5. 配方设计

对农用化学品、药品、化妆品或食品工业来说，确定配方的最终成份是产品开发的关键步骤。COSMOtherm 可用于预测配方的最佳溶剂或共溶剂。将研发重心集中于最佳配方可保证在在减少实验投入的同时确保配方的品质不变或得到进一步改善。

溶剂筛选

可为任何成分寻找其最佳溶剂！在很多情况下需要将一种或多种关键组分（例如，药物活性成分、紫外线防晒剂、调料或香料）溶解于配方中。通过预测其在纯溶剂或特定配方中的溶解性，确保了研发者将工作重心集中于开发具有所需特性的混合物上。

共溶剂

由于配方的主要成分通常是不可取代的，为达到所需的性能往往需用到共溶剂。COSMOtherm可为配方筛选出合适的共溶剂。

温度依赖性

通过预测温度降低或升高时的性质，COSMOtherm可为配方的温度稳定性考察提供支持。

分配系数

确定化合物处于哪一个相中极为关键。是转移至人体皮肤还是植物角质层、是否会停留在配方中？通过COSMOtherm计算任意2个相在200 K – 500 K区间内的分配系数，可对上述问题进行回答。
 

6. 离子液体

离子液体由于其奇特的特性而具有广泛应用。不断增长的阴离子、阳离子液体也随之提高了找到最适合特定应用的离子液体的挑战性。
COSMOtherm为寻找面向一特定应用的离子液体提供了一种快速、简单、使用的途径。 COSMOtherm 对离子液体溶液性质的预测可达到与正常有机化合物一致的高精度。确定预选可用的离子液体可加快研发的进程，有助于致力开发最佳化合物。

可带来的益处

· 快速、方便的性质筛选

· 进行离子液体设计

· 适用于所有的离子液体化学研究

离子液体筛选

COSMOtherm将离子液体视为阴离子与阳离子的混合物，仅需一夜时间即可从上千种潜在的离子液体中完成对溶质溶解性的筛选。

离子液体定制

优化离子液体的结构。可基于结构的改进对性质的变化加以预测。

性质预测

· 离子液体中的活性系数/溶解度

· 离子液体及常规液体中的LLE/VLE

· 在离子液体-含离子液体相间的分配系数

 

7. 高分子

高分子中的溶解度

COSMOlogic利用通过低聚物的中心单元结构生成的σ-surfaces，可对其在高分子中的溶解度进行高效预测，从而实现：

· 致力于最佳化合物的开发实验

· 寻找适合应用的最佳溶剂/高分子

· 新型复合材料的设计

将计算的复杂性封装于易用的图形用户界面中，即使非专业的使用者也能利用COSMOlogic软件包处理高分子的相关问题。

关键功能

· 可阐释并预测分子与气体在高分子中的吸附行为

· 确定对O2、N2、CO2等气体具有低/高溶解度高分子

· 估算高分子-水的分配系数

· 计算介观尺度下的Flory-Huggins相互作用参数

尽管COSMO-RS的开发基于流体性质的理论，仍可被用于多种高分子，尤其是线性、非溶胀体系及小至中尺度的溶质中。定量预测则需每种高分子具有至少一种实验测定值。

 

8. 量子化学

TURBOMOLE是强大的多功能量子化学软件包，用有出色的电子结构计算方法。其应用涵盖了从学术研究到工业应用的众多研究领域。TURBOMOLE历经25年开发，目前已成为化学、物理及工程在在世界范围内的标准工具软件包。

· 致力于解决实际问题

· 优越的计算速度与强大的功能

· 拥有DFT、MP2、Coupled-Cluster等高效算法

· 对在不同硬件上的运行进行了优化，涉及笔记本到高并行计算集群

· 可使用TDDFT或CC2计算激发态

· TmoleX图形用户界面简单易用

应用开发

TURBOMOLE优越的计算速度与强大的功能使其可胜任于大型体系及任何类型的计算，包括标准或非标准的有机或无机化学（包括过渡金属）、催化剂、生物化学、纳米科学、光学性质等。
综上，TURBOMOLE已成为数十年来众多化学品公司量化计算的得力工具。

TURBOMOLE与COSMOtherm

TURBOMOLE将生成的COSMO文件作为COSMOtherm的热力学计算输入文件。利用提供的快捷键及结构调整可确保在COSMOtherm、TURBOMOLE及COSMOconf间的最佳协作，仅需最小的付出即可得到最佳结果。 此外，COSMOtherm是利用量化方案解决实际问题的最佳选择。基于溶剂化自由能数据可将量化的气相反应转化为所需的液相反应。

基态化学

TURBOMOLE将DFT、MP2、Coupled-Cluster等高效算法用于诸多化学应用领域。自旋–轨道耦合相对论效应及最近开发的DFT色散校正，或显关联F12方法可被用于高精度计算。

网络蛋白质分子（645个原子），SV(P) 碱（5500个基团），利用现代CPU和BP86、MARI-J、DFT-D3设置仅需几分钟即可完成能量及梯度计算

激发态/光化学

可对激发态进行高效处理是TURBOMOLE的一个重要特色。可在TDDFT及CC2水平上进行结构优化并配合能量梯度分析。在该精度水平上可利用2个不同的量化分支对给定问题的可信度及稳定性进行验证。
两种方法皆可计算紫外/可见光及圆二色光谱。

IR-CC2计算得到的自由基卟啉的紫外/可见光光谱

性质

TURBOMOLE可对大量性质进行计算，如红外及拉曼光谱、NMR化学位移、紫外/可见光及圆二色光谱、ESP拟合或布居分析。利用TmoleX的图形界面可查看并绘制轨道、密度及众多其他性质。

TmoleX

为图形化的用户界面，可进行分子绘制、计算设置并在本地或远程系统上运行计算，在TURBOMOLE中还合并了可视化查看结果及合并结果功能。其独特之处在于，能够在计算机对体系进行处理的同时在远程系统上执行计算任务，在简化TURBOMOLE操作的同时提高了日常的工作效率。

出色的并行计算

并行版TURBOMOLE使用基于标准并行框架的快速串行代码。实现了对几乎所有性质及方法的并行计算，涉及基态及激发态优化、TDDFT及CC2计算精度的光谱计算、及对结果的二次分析。基于标准MPI协议在多核计算机或计算集群运行计算，可发挥诸如Infiniband标准的快速交互而无需额外安装软件。

构象生成器

COSMOconf 用于自动生成气相及溶液中的相关构象。其独特的方法可将海量的可能构象缩减至能代表所关注化合物在极性及非极性溶液中的若干相关构象。结合其全面的设置选项，使其成为溶液及气相中构象搜索的强大工具。
 

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BIOVIA COSMOlogic软件介绍最先出现在Biovia材料与生命科学。

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BIOVIA COSMOlogic是用于预测化工热力学性质的软件，适用于有机溶液、离子溶液、高分子和药物分子、溶剂筛选、离子电池等领域，能非常快速、精确的预测出溶解度、闪点、粘度、亨利常数等众多性质。

PART 01 产品简介

BIOVIA COSMOlogic系列产品是在COSMO-RS理论基础上发展起来的适用于任何混合物体系的一套软件。它以独特的方式将量子化学和热力学结合在一起，是用于预测流体性质的通用工具。

 
预测性质包括：
• 气液平衡(VLE)、液液平衡(LLE)、固液平衡(SLE)；
• 共沸点、浑溶隙、蒸馏分离性；
• 气体、液体、固体(包括晶体)的溶解度；
• 活度系数、蒸气压、汽化热、亨利常数；
• 溶质在两个任意溶剂中的分配系数；
• 混合热(混合物的过剩焓及自由焓)、溶液中反应热力学；
• 化学势、化学势梯度、纯化合物的密度与粘度等；
主要特点：

便捷：

用户界面友好，操作非常便捷，上手难度低

高效：

对于常见的化合物，在预测其性质的时候，只需要几分钟甚至几秒钟，非常快。

精确：

结合了量子化学，精度非常高，在第六届物理性质盲测挑战赛(SAMPL6)中，COSMOtherm精度位居第一。

适用范围广：

几乎不需要实验参数，适用范围非常广。相对于基团贡献法能更好的处理异构的差异及亚稳态。

PART 02 主要功能

BIOVIA COSMOlogic系列包含以下模块：
COSMOtherm、COSMOquick、COSMObase、COSMOconf、COSMOplex& perm。

01 COSMOtherm：

基于COSMO-RS理论预测与化学工程、环境科学、新药开发及生命科学相关的流体热力学数据。

02 COSMOquick：

不依赖量化计算，快速产生所需的Sigma-profile，并快速、精确地进行溶解度预测、共晶筛选和溶剂筛选等。

03 COSMObase：

提供基于量子化学计算得到11000多种的化合物的Sigma-profile数据以及421种阳离子和109种阴离子Sigma-profile数据。

04 COSMOconf：

自动搜索COSMO溶剂化效应和气相环境中的异构体。

05 COSMOplex&perm：

预测复杂自组织非均匀系统胶束、生物膜中溶质(可以是离子)性质。

PART 03 应用领域

BIOVIA COSMOlogic在有机溶液、离子溶液、高分子和药物分子、化学工程流程设计，溶剂（包括离子溶剂）筛选，药物分子筛选、锂离子电池等领域都有非常广泛应用。

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