显式微溶剂化作为openCOSMO-RS溶剂化能预测的构象伴侣

《Physical Chemistry Chemical Physics》：Explicit Microsolvation as a "Conformational Chaperone" for openCOSMO-RS Solvation Energy PredictionsOpen Access

　　

精确预测溶剂化自由能对模拟相分配和化学行为至关重要，而这一过程从根本上依赖于识别溶液中相关的分子构象。标准的隐式溶剂化模型虽然高效，但往往无法捕捉决定构象偏好的特定溶质-溶剂相互作用，特别是在强分子内氢键与溶剂化竞争时更是如此。在本工作中，我们证明在构象采样阶段引入显式溶剂化可显著降低后续 openCOSMO-RS 预测中的系统性误差。利用全局优化算法（GOAT）和命令行能量排序（CENSO）工作流，我们表明单个显式水分子的引入可充当"构象伴侣"，打破稳定的气相分子内相互作用，并获取在溶液中熵上有利但连续介质模型无法触及的几何构型。对所得 COSMO-RS σ-分布的分析表明，这些微溶剂化几何构型始终暴露出关键极性表面积，从而将微妙的结构变化转化为显著的热力学校正。虽然这种显式处理方法可能在简单且参数化良好的官能团中引发热力学冗余，但该方法为复杂氢键溶质带来了显著的精度提升，使 SM8 数据集的均方根误差（RMSE）降低了 10.4%。此外，我们发现由于溶剂自相互作用的存在，高阶微溶剂化（n > 1）的收益递减。我们得出结论，单分子微溶剂化为纠正环境性质预测中的结构偏差提供了一种具有成本效益且物理上严谨的策略，尤其适用于复杂的多功能化合物。

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? 2026 作者(s)。由皇家化学学会代表所有机构出版

2026

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