В МГУ обучили нейросеть прогнозировать устойчивость комплексов металлов с лигандами

Исследователи Центра ИИ МГУ и Института искусственного интеллекта МГУ собрали экспериментальные данные по связыванию разных металлов с органическими молекулами в одной нейросети. Модель даёт прогноз и для металлов, комплексы которых в обучение не входили. Работа опубликована в The Journal of Chemical Physics в 2026 году.

Органические молекулы, которые связывают ионы металлов, называют лигандами. Устойчивость комплекса показывает, насколько равновесие в растворе смещено к связанному состоянию. Эти сведения нужны при поиске веществ для разделения и извлечения металлов, включая переработку отработавшего ядерного топлива.

Эксперимент здесь дорог и сложен. Работу с актинидами ограничивают радиоактивность, стоимость и доступность образцов. Редкоземельные элементы трудно разделять из-за сходства химических свойств. Точные квантово-химические расчёты требуют больших вычислительных ресурсов.

Авторы собрали базу экспериментальных констант устойчивости из международной базы NIST46 и научных публикаций. Помимо состава соединений, в неё вошли температура и ионная сила раствора, а она зависит от концентраций и зарядов ионов.

На этих данных обучили графовую нейронную сеть. Органическая молекула представлена в ней как схема атомов и связей. Характеристики металла и условия эксперимента обрабатываются отдельно, затем информация объединяется в прогноз.

Проверка на металле, данные о комплексах которого полностью убрали из обучения, показала снижение точности. По результатам исследования, её хватало для качественной оценки устойчивости.

Модель также оценивает неопределённость прогноза и выделяет соединения, для которых расчёт менее надёжен. Анализ показал, какие фрагменты органических молекул сильнее влияют на предсказанную устойчивость. Найденные зависимости согласуются с известными химическими закономерностями.

Старший научный сотрудник Центра ИИ МГУ Артём Митрофанов: «Для некоторых актинидов экспериментальных данных очень мало. Мы объединили сведения о разных металлах в одной модели, чтобы использовать общие закономерности их взаимодействия с органическими молекулами. При этом важно получать не только прогноз устойчивости, но и оценку его неопределённости. Такой подход может помочь выбирать соединения для дальнейшей экспериментальной проверки».

Разработку можно использовать для предварительного отбора молекул, связывающих редкоземельные элементы и актиниды. Исследование охватывает комплексы, где на один ион металла приходится одна молекула лиганда, и ориентировано на водные растворы. Другие составы комплексов и растворители требуют дальнейшей работы.

Источник — МГУ имени М.В. Ломоносова