[发明专利]一种共晶预测方法

说明书

本发明属于共晶技术领域，特别是一种共晶预测方法。本方法使用Materials Studio软件中DMol3模块、Forcite模块、Polymorph模块、CASTEP模块，筛选共晶模型；包括如下步骤：构建共晶主体分子与客体分子；用DMol3模块对形成共晶的主体分子与客体分子分别进行电荷计算；用Forcite模块对计算好电荷的主体分子和客体分子分别做电场分配计算；把分配好电场的主体分子与客体分子放在一起，用Polymorph模块做共晶预测计算；按照能量大小排序筛选出400‑600个模型，再根据空间结构排布，从400‑600个模型中筛选出5‑20个模型；用CASTEP模块分别优化筛选的5‑20个模型，筛选出最优共晶模型，即模型能量低，结构稳定，模型密度与理论密度差值在5％以内。本发明最大程度降低因计算方法、方案不同而带来的不利影响。

技术领域

本发明属于共晶技术领域，特别是一种共晶预测方法。

背景技术

共晶本质上是一种超分子自组装，是通过热力学，动力学以及分子识别得到的结果。在共晶晶胞结构中，相互作用力主要包括了氢键，π-π作用，范德瓦尔斯力以及卤键等作用。在药物的共晶中，API和CCF中含有-NH2、-COOH、-OH等基团，容易形成N-H···O、O-H···O、N-H···N、O-H···N强氢键，氢键是能形成药物共晶最主要的驱动力。在炸药中一般多含硝基，不含氨基、羟基、羧基等，因此很难形成较强的氢键。所以π-π作用、p-π作用和非传统型的-CH···O弱氢键成为了形成炸药共晶的主要作用力。

在药物共晶领域的研究中，研究人员一般采用热台显微镜筛选法，高通量结晶系统筛选法，研磨法，相图筛选法及悬浮液法等。而在含能材料领域中，通过溶剂挥发法，喷雾干燥法，研磨法及溶剂反溶剂法等已研制得到三十多种共晶炸药。但是对于对上述研究共晶的方法存在着筛选周期长，实验成本高，实验条件苛刻等问题，且对于含能材料共晶研究，不可避免存在着实验风险安全。

理论计算法是一种新兴的方法，通过对能够形成共晶的两种物质分子间作用力的观察与研究，进而判断这两种物质是否能形成共晶的方法。通过DFT法，Lin H,Zhu S G,LiH Z,et al.“Structure and detonation performance of a novel HMX/LLM-105cocrystal explosive”，计算出了HMX和LLM-105、HMX和NTO分子间的作用力，并且预测出了共晶的感度及其爆炸性能。得到的结果显示HMX和LLM-105、HMX和NTO主客体之间的作用力较强而且热力学很稳定，通过上述的计算研究，预测出HMX和LLM-105、HMX和NTO能够形成共晶。

此外，采用最强分子间配对点结合能(Strongest Intermolecular Site PairingEnergy，ISPE)的方法，Zhou J H,Chen M B.“Virtual screening of cocrystal formersfor CL-20”，成功预测了CL-20的共晶前驱体。采用此方法得到的结果显示，CL-20能够和TNT、BTF、TEX等含能炸药形成共晶，而NQ(硝基胍)、NTO、FOX-7则不能与CL20形成共晶，其中大部分通过计算得到的结果与实验相符。

Ding X,Gou R.“Molecular dynamics simulation and density functionaltheory insight into the cocrystal explosive of hexaazaisowurtzitane/nitroguanidine”，通过对CL-20/NQ共晶进行计算，采用分子动力学模拟的方法，得到的结果显示范德华力和弱的氢键是形成共晶的主要驱动力，该计算结果与Zhou的结论矛盾。上述计算结果表明，理论计算筛选共晶因计算方法、方案选择不同会带来很大的偏差，甚至得到错误的结果。

实验筛选共晶存在筛选周期长，实验成本高，实验条件苛刻，实验安全风险等问题，而现有计算模拟筛选共晶方法，主要存在筛选结果不精确问题。

发明内容