论文标题：Dispersion, Polar, and Hydrogen-Bonding Contributions to Solvation Free Energies

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-8015/5/4/25

期刊名：Liquids

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/liquids

研究背景与核心问题

溶剂化过程涉及色散、极性、氢键等多种分子间相互作用的协同贡献，传统经典模型如Abraham提出的LSER（线性溶剂化能关系）模型虽应用广泛，但存在明显局限：需确定六种溶剂特异性参数，扩展至更多溶剂体系时依赖大量实验数据，且难以明确拆分不同类型相互作用对溶剂化自由能的单独贡献，导致估算过程存在较大模糊性。因此，开发一种参数更少、物理意义更明确、能精准拆分各作用贡献的溶剂化自由能估算模型，成为领域内亟待解决的关键问题。

核心方法与模型创新

本研究基于COSMO型量子化学溶剂化计算，提出四种新的量子化学-线性溶剂化能关系（QC-LSER）分子描述符，源于分子表面电荷密度分布（σ-剖面）的矩量，可精准表征溶质的静电相互作用特性。通过引入有效酸度、有效碱性及有效极性描述符修正空间信息缺失误差，分别建立氢键、极性作用的量化方程；同时采用LSER模型的结构描述符，构建色散作用线性贡献方程，形成总溶剂化自由能估算公式。

新型模型仅需1–3个溶剂特异性参数，相比LSER模型的六个参数大幅简化，且同一套分子描述符可同时适用于溶剂化焓与自由能的计算，显著降低了模型应用门槛。

关键研究结果

在80种溶剂体系中对210种常见溶质的溶剂化自由能进行估算，结果显示非氢键贡献的平均绝对偏差仅为0.43 kJ/mol，总溶剂化自由能的平均绝对偏差为0.66 kJ/mol，与实验测量不确定性范围相符，性能与LSER 模型相当。

针对水等强自缔合溶剂，通过引入溶剂特异性常数解释疏水作用的热力学本质，成功实现水溶液体系溶剂化自由能的合理估算；对乙二醇、2-吡咯烷酮等具有溶剂疏水性的体系，优化溶剂特异性参数后也获得了良好预测效果。

研究将纯溶剂的溶剂化焓与自由能信息转化为焓基和自由能基部分溶剂化参数，揭示其与常用Hansen溶解度参数、MOSCED参数的关联规律，为不同热力学模型间的信息交换搭建了桥梁。

研究意义与应用价值

该研究提出的新型模型解决了传统模型参数冗余、作用贡献拆分模糊的核心痛点，其基于量子化学计算的分子描述符与简化的溶剂参数设计，为溶剂化自由能的高效精准估算提供了新工具。部分溶剂化参数的明确热力学定义，不仅拓宽了溶解度参数的应用范围，更为分子热力学模型的开发、跨模型数据整合提供了关键支撑，对化工分离、药物设计、生物分子模拟等实际应用领域具有重要指导意义。

期刊简介

主编：Prof. Dr. Enrico Bodo, University of Rome “La Sapienza”, Italy

Liquids ( ISSN 2673-8015) 创刊于2021年，是一本国际性、同行评审的开放获取期刊。期刊研究领域涵盖物理学中的液态理论、合成与分析化学、生物学的多个领域，以及工程学和气象学中的流体动力学等。目前，Liquids 已被ESCI (Web of Science)、Scopus (CiteScore 2.9)、CAPlus/SciFinder 等多个主要数据库收录。