COSMO 용매화 모델

섬네일|4-니트로-벤조산의 전하 밀도 표면. COSMO로 계산됨.
COSMO (COnductor-like Screening MOdel)는 분자와 용매 사이의 정전기적 상호작용을 결정하는 계산 방법이다. COSMO는 유전체 연속체 모델 (일명 연속체 용해 모델)이다. 이 모델들은 계산화학에서 용해 효과를 모델링하는 데 사용될 수 있다. COSMO는 최근 몇 년 동안 이러한 용해 모델들 중에서 인기 있는 방법이 되었다. COSMO 형식은 호시(Hoshi) 등이 이전에 제안한 방법과 유사하다. COSMO 접근 방식은 다른 많은 유전체 연속체 모델과 마찬가지로 분자 표면의 표면 분할(일반적으로 '용매 접근 가능 표면' SAS 접근 방식이라고 함)을 기반으로 한다.

COSMO와 같은 연속체 용매 모델은 각 용매를 유전율 을 가진 연속체로 취급한다. 연속체 용매 모델은 용질 분자 외부의 분자 공동을 둘러싸는 유전체 연속체로 용매를 근사한다. 대부분의 경우 반데르발스 반지름보다 약 20% 더 큰 반지름을 가진 원자 중심 구의 집합으로 구성된다. 실제 계산을 위해 공동 표면은 육각형, 오각형 또는 삼각형과 같은 세그먼트로 근사된다.

다른 연속체 용매 모델과 달리 COSMO는 용질의 극성에 의해 야기되는 연속체의 분극 전하를 스케일링된 도체 근사치에서 유도한다. 용매가 이상적인 도체라면 공동 표면의 전위는 사라져야 한다. 분자 내의 전하 분포가 알려져 있다면, 예를 들어 양자 화학에서, 표면 세그먼트의 전하 를 계산할 수 있다. 유한 유전율을 가진 용매의 경우 이 전하 는 약  인자만큼 더 낮다.

인자 는 대략 다음과 같다.

여기서  값은 중성 분자의 경우 0.5로, 이온의 경우 0.0으로 설정해야 한다. 원본 유도를 참조하라.  값은 Gaussian의 인기 있는 COSMO의 C-PCM 재구현에서 0으로 잘못 설정되어 있다.

이렇게 결정된 용매 전하 와 분자의 알려진 전하 분포로부터 용매와 용질 분자 사이의 상호작용 에너지를 계산할 수 있다.

COSMO 방법은 분자의 전하 분포를 결정할 수 있는 이론화학의 모든 방법, 예를 들어 준경험적 계산, 하트리-폭 방법 계산 또는 밀도범함수 이론 (양자물리학) 계산에 사용할 수 있다.

 변형 및 구현 
COSMO는 ADF, GAMESS-US, Gaussian, MOPAC, NWChem, TURBOMOLE, Q-Chem과 같은 여러 양자화학 또는 준경험적 코드에 구현되었다. 분극성 연속체 모델 PCM의 COSMO 버전도 개발되었다. 구현에 따라 공동 구성의 세부 사항과 사용된 반지름, 분자 표면을 나타내는 세그먼트 및 유전체 스케일링 함수 에 대한  값이 다를 수 있으며, 이는 때때로 출판된 결과의 재현성에 문제를 일으킨다.

 다른 방법과의 비교 
분자의 전하 분포에 대한 다중극 전개를 기반으로 하는 모델은 작고 거의 구형 또는 타원형 분자에 국한되지만, COSMO 방법은 (다른 많은 유전체 연속체 모델과 마찬가지로) 크고 불규칙한 형태의 분자 구조에 적용할 수 있다는 장점이 있다.

정확한 유전체 경계 조건을 사용하는 분극성 연속체 모델 (PCM)과 달리 COSMO 방법은 근사 스케일링 함수 를 사용한다. 스케일링은 근사치이지만, 이른바 외곽 전하에 대한 더 정확한 설명을 제공하여 해당 오차를 줄이는 것으로 밝혀졌다. 정확한 유전체 경계 조건과 감소된 외곽 전하 오차를 결합한 COSMO와 적분 방정식 형식 PCM(IEFPCM)의 방법 비교는 실험적 용해 데이터와의 편차에 비해 방법들 간의 차이가 작다는 것을 보여주었다. 따라서 수소 결합이나 재배향과 같은 효과를 무시하고 용매를 연속체로 취급함으로써 발생하는 오차가 다른 연속체 용해 방법의 세부 사항보다 실험 데이터를 재현하는 데 더 중요하다.

 같이 보기 
 분극성 연속체 모델
 COSMO-RS

 각주 

분류:계산화학