Сотрудники ИОХ РАН реализовали образовательный курс по квантово-химическим расчетам

Как устроены современные квантово-химические расчеты, какие вычислительные методы лежат в основе моделирования химических реакций и где проходят границы применимости искусственного интеллекта в химии — этим вопросам посвящен образовательный курс «Квантово-химические расчеты в химии», реализованный сотрудниками Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН на базе Университета ИТМО.

Курс ориентирован в первую очередь на студентов младших курсов, однако к участию также были приглашены мотивированные школьники старших классов, готовые к интенсивной работе. Такой формат позволяет выстраивать межуровневую образовательную среду и вовлекать будущих исследователей в современную научную проблематику на раннем этапе.

Программа охватывает как фундаментальные основы теоретической химии, так и актуальные прикладные подходы. Участники познакомились с возможностями молекулярного моделирования — от ab initio методов и теории функционала плотности до физически информированных моделей искусственного интеллекта. Отдельное внимание уделялось выбору уровня теории и параметров расчета в зависимости от поставленной химической задачи.

Курс был разработан и реализован под научно-методическим руководством к.ф.-м.н., заведующего группой теоретической химии ИОХ РАН Михаила Геннадьевича Медведева. Его содержание формировалось на основе многолетнего опыта преподавания теоретической химии и регулярно обновляется с учетом развития области. В последние годы к чтению лекций и сопровождению практических занятий привлекаются сотрудники группы теоретической химии, что позволило расширить тематику курса и усилить проектную составляющую.

В 2025 году занятия проходили в течение двух недель — с 27 октября по 7 ноября. Помимо лекционного блока, значительную часть программы составляла практическая работа. Все желающие могли начать выполнение индивидуального проекта под руководством менторов из ИОХ РАН, представить результаты по завершении курса и при желании продолжить работу над ними после его окончания.

В рамках практической части участники работали с профессиональными программными пакетами, используемыми в актуальных научных исследованиях:

● ORCA — для выполнения квантово-химических расчетов;

● ChemCraft — для анализа и визуализации результатов;

● MechaSVG — для построения графиков;

● дополнительные инструменты для обработки и представления данных.

В лекционных материалах активно использовались примеры из текущих научных исследований группы теоретической химии ИОХ РАН. Так, обсуждались реальные расчетные кейсы, а также авторские методические разработки сотрудников Института, включая подходы к учету колебательных и неэлектронных вкладов в энергию молекулярных систем.

Отдельного внимания заслуживает участие школьницы — учащейся школы № 619 Калининского района Санкт-Петербурга, которая в ходе курса успешно осваивала предлагаемые методы и сразу приступила к работе над проектом по моделированию образования комплексов меламин–цианурат, продолжив работу над ним и после окончания курса. По итогам курса 11 студентов были приглашены к продолжению работы совместно с сотрудниками группы теоретической химии ИОХ РАН.

По наблюдениям преподавателей, наибольший интерес у участников вызывает возможность сразу применять полученные знания на практике — проводить расчеты, анализировать результаты и формулировать выводы, имеющие научную и прикладную ценность.

Курс проводится не первый год, и его выпускники используют полученные навыки как в дальнейших теоретических исследованиях, так и в экспериментальной химии. Подобные образовательные инициативы ИОХ РАН способствуют подготовке молодых специалистов и популяризации современных методов химической науки.