COSMO [1] [2] (COnductor-like Screening MOdel) es un método de cálculo para determinar la interacción electrostática de una molécula con un solvente . COSMO es un modelo de continuo dieléctrico [1] [3] [4] [5] (también conocido como modelo de solvatación continuo). Estos modelos se pueden utilizar en química computacional para modelar los efectos de solvatación . COSMO se ha convertido en un método popular de estos modelos de solvatación en los últimos años. El formalismo COSMO es similar al método propuesto anteriormente por Hoshi et al. [1] [6] El enfoque COSMO se basa, como muchos otros modelos de continuo dieléctrico, en la segmentación de la superficie de una molécula [3] (generalmente denominado enfoque SAS de "superficie accesible al solvente").
Los modelos de solvatación continua, como COSMO, tratan cada disolvente como un continuo con una permitividad . Los modelos de solvatación continua aproximan el disolvente mediante un continuo dieléctrico, que rodea las moléculas de soluto fuera de una cavidad molecular. En la mayoría de los casos, se construye como un conjunto de esferas centradas en los átomos con radios aproximadamente un 20 % más grandes que el radio de Van der Waals . Para el cálculo real, la superficie de la cavidad se aproxima mediante segmentos, por ejemplo, hexágonos, pentágonos o triángulos.
A diferencia de otros modelos de solvatación en continuo, COSMO deriva las cargas de polarización del continuo, causadas por la polaridad del soluto, a partir de una aproximación de conductor escalado. Si el solvente fuera un conductor ideal, el potencial eléctrico en la superficie de la cavidad debería desaparecer. Si se conoce la distribución de la carga eléctrica en la molécula, por ejemplo a partir de la química cuántica, entonces es posible calcular la carga en los segmentos de la superficie. Para solventes con constante dieléctrica finita, esta carga es menor en aproximadamente un factor :
El factor es aproximadamente
donde el valor de debe establecerse en 0,5 para moléculas neutras y en 0,0 para iones, consulte la derivación original. [2] El valor de se establece erróneamente en 0 en la popular reimplementación C-PCM de COSMO en gaussiano.
A partir de las cargas de disolvente así determinadas y de la distribución de carga conocida de la molécula, se puede calcular la energía de la interacción entre el disolvente y la molécula de soluto.
El método COSMO se puede utilizar para todos los métodos de química teórica donde se puede determinar la distribución de carga de una molécula, por ejemplo, cálculos semiempíricos, cálculos del método Hartree-Fock o cálculos de teoría funcional de la densidad (física cuántica). [1]
COSMO se ha implementado en varios códigos semiempíricos o de química cuántica como ADF , GAMESS-US , Gaussian , MOPAC , NWChem , TURBOMOLE y Q-Chem . También se ha desarrollado una versión COSMO del modelo de continuo polarizable PCM [ cita requerida ] . Dependiendo de la implementación, los detalles de la construcción de la cavidad y los radios utilizados, los segmentos que representan la superficie de la molécula y el valor de la función de escala dieléctrica pueden variar, lo que a veces causa problemas con respecto a la reproducibilidad de los resultados publicados.
Mientras que los modelos basados en la expansión multipolar de la distribución de carga de una molécula están limitados a moléculas pequeñas, cuasiesféricas o elipsoidales, el método COSMO tiene la ventaja (como muchos otros modelos de continuo dieléctrico) de que puede aplicarse a estructuras moleculares grandes y de forma irregular.
A diferencia del modelo de continuo polarizable (PCM), que utiliza las condiciones de contorno dieléctrico exactas, el método COSMO utiliza la función de escala aproximada . Aunque la escala es una aproximación, resultó proporcionar una descripción más precisa de la denominada carga atípica, reduciendo el error correspondiente. Una comparación de métodos [7] de COSMO y el formalismo de ecuación integral PCM (IEFPCM), que combina las condiciones de contorno dieléctrico exactas con un error de carga atípica reducido, mostró que las diferencias entre los métodos son pequeñas en comparación con las desviaciones de los datos de solvatación experimentales. Los errores introducidos al tratar un disolvente como un continuo y, por tanto, descuidar efectos como el enlace de hidrógeno o la reorientación son, por tanto, más relevantes para reproducir los datos experimentales que los detalles de los diferentes métodos de solvatación de continuos.
