利用元动力学揭示萃取剂构象自由能景观

理解萃取剂功能化在溶剂萃取中的影响，对于指导更好分离工艺的开发至关重要。传统上，计算萃取剂设计使用电子结构计算来确定最低能量态的金属结合能。尽管高度准确，该方法未考虑实验条件下遇到的所有相关物理，如温度效应与配体柔性，且以隐式溶剂模型近似溶剂-萃取剂相互作用。本研究中，我们使用经典MD模拟与先进采样方法元动力学，绘制凝聚相中萃取剂分子构象自由能。我们生成了具有不同头基与侧链功能化的一类双齿丙二酰胺基萃取剂在溶液中的完整构象景观。特别地，我们展示了此类烷基功能化如何重塑自由能景观，影响将萃取剂由溶液中自由萃取剂的trans-like构象组织为cis-like金属结合构象的自由能罚值。具体而言，相对于侧链功能化，将烷基尾基功能化至头基中心对增加分子刚性与不利于结合构象具有更大影响。这些发现与基于实验报道分配比的金属结合能量学趋势一致。本研究证明了使用带先进采样技术的分子动力学模拟来研究溶液中萃取剂构象能量学的可行性，更广泛地，这将使考量熵效应与显式溶剂化的萃取剂设计成为可能。