Influencia de la longitud de Tolman en el cálculo de la energía necesaria para divolser un soluto, usando un modelo de medio continuo

Abstract

Para calcular la energía de solvatación no-polar para una pequeña molécula orgánica neutral en un medio acuoso, se debe entender la naturaleza de la tensión superficial en una interfase entre agua líquida y vapor. La energía no-polar es la suma de la energía necesaria para generar una cavidad en el medio acuoso, y el costo energético debido a la interacción no electroestática entre la especie y el medio por fuerzas débiles de Van der Waals. Es aceptado en la comunidad científica que la tensión superficial depende de el radio de curvatura por medio de la longitud de Tolman, sin embargo la forma de la variable de Tolman es desconocida y el valor numérico (hasta su signo) sigue siendo debatido. Utilizamos aproximaciones de la energía no-polar para 502 moléculas orgánicas pequeñas y neutrales obtenidas por Mobley et al. (2009) [1] por dinámica molecular de solvente explícito, y datos de Cooper et al. (2019) de la energía de Van der Waals [2]. Mediante un procedimiento general de mínimos cuadrados lineales, encontramos un valor para la función de corrección de la tensión superficial que se ajusta a los datos de Mobley. Evalúamos cuatro simplificaciones de la ecuación Gibbs-Tolman-Koenig-Buff (GTKB) para encontrar patrones en la variable de Tolman, graficando los resultados contra el radio de curvatura. Con estos resultados diseñamos distintos modelos para calcular la energía de formación de cavidad, generando el modelo con una pequeña muestra de las especies, y prediciendo la energía de formación de cavidad para el resto de las 502 especies totales. Además, empleamos modelos para predecir la energía de formación de cavidad considerando un valor de la longitud de Tolman constante para las simplificaciones de GTKB. Para un total de 16 modelos, la correlación con los datos de Mobley et al. (2009) es superior a 0,90 para 6, 13, y 16 modelos al usar 20, 50 y 100 especies para generarlos, respectivamente. La mayoría de los modelosempleados, 14 de 16, aumentan en exactitud al generar el modelo con más especies y predecir la energía de formación de cavidad para las especies restantes, lo que es esperado. El mejor modelo siempre presenta una correlación superior a 0,99. Los resultados obtenidos presentan poca correlación con los resultados de Mobley et al. (2009) para especies cuyo costo energético es muy bajo (< 9 kcal/mol) o alto (> 15 kcal/mol). Los modelos que entregan resultados con mayor correlación (> 0,97) consideran Tolman constante, y los gráficos que muestran el comportamiento de Tolman en función con el radio de curvatura no demuestran una clara dependencia entre estas.