Ученые MIT разработали модель, прогнозирующую вероятность достижения молекулой переходного состояния – состояния, определяющего вероятность протекания химической реакции. Модель будет использоваться в исследованиях реакций и катализаторов для разработки новых видов топлива и лекарств.
Обычно вычисление переходных состояний производится на основе методов теории функционала плотности. Однако такие расчеты требуют огромных вычислительных мощностей и занимают несколько дней для одного состояния. У разработанной в MIT модели вычисление занимает несколько секунд.
Новизна подхода, в частности, заключается в том, что молекулы-реагенты гипотетической реакции не имеют перед подачей в модель заданной ориентации друг относительно друга – модель сама определяет, при какой ориентации реализуется максимальная вероятность существования переходного состояния.
В качестве обучающих данных для своей модели ученые использовали структуры реагентов, продуктов и переходных состояний, которые были рассчитаны с использованием методов квантовых вычислений для 9000 различных химических реакций.
Модель была протестирована на 1000 реакций, которые она не видела при обучении. Предсказания модели совпали со структурами переходного состояния, сгенерированными с использованием квантовых методов, с точностью до 0,08 ангстрема.
Хотя ученые обучали модель в основном реакциям с участием соединений с относительно небольшим числом атомов — до 23 атомов для всей системы, — они обнаружили, что модель также может давать точные прогнозы для реакций с участием более крупных молекул.
Подробности обучения и оценки модели приведены в статье.
