JP3990764B2 - 反応検索方法、反応検索装置および反応検索用記憶媒体 - Google Patents
反応検索方法、反応検索装置および反応検索用記憶媒体 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望の化学反応を検索する反応検索方法、この検索方法を実施させる反応検索装置およびこの検索方法を実行するためのプログラムが記憶された反応検索記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、化学反応の出発物質の分子構造及び生成物質の分子構造がそれぞれデータベースに登録されていた。このため、化学反応を検索する際には、出発物質と生成物質とを別々に検索して、双方の物質を備えた化学反応を検出する必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、化学反応の数が膨大であるため、出発物質と生成物質とを組み合わせた数は非常に多くなる。このため、従来の検索方法では所望の化学反応を迅速に検索することが困難であった。
【０００４】
本発明は、このような問題を解決し、所望の化学反応を迅速に検索することのできる検索方法を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の化学反応を迅速に検索できる検索装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、所望の化学反応を迅速に検索できるプログラムが記憶された記憶媒体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の反応検索方法は、化学反応のデータが登録された反応データベースにアクセスして検索対象である被検索化学反応を検索する装置、における反応検索方法であって、反応データベースに登録された化学反応のデータは、化学反応前の出発物質を構成する原子と化学反応後の生成物質を構成する原子とが対応する原子の対であって、化学反応の前後で原子の化学的環境が変化する原子の対を反応中心原子対とし、反応中心原子対の原子間を仮想的に結合することにより、出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが一体となった仮想分子構造として表現されたデータであり、化学反応の検索は、装置が、被検索化学反応についての出発物質の分子構造のデータと生成物質の分子構造のデータとの入力を受け付ける第１のステップと、装置が、第１のステップで受け付けたデータに係る分子構造に基づいて反応中心原子対を規定する第２のステップと、装置が、第１のステップで受け付けたデータに係る分子構造に対して、第２のステップで規定した反応中心原子対の原子間が接続された仮想分子構造のデータを作成する第３のステップと、装置が、第３のステップで作成した仮想分子構造のデータを検索キーとして、反応データベースに登録された化学反応のデータを検索する第４のステップとを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の反応検索方法はこのような構成を有するので、利用者によって被検索化学反応についての出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが入力されると、これらの分子構造の入力は受け付けられる。そして、受け付けられた分子構造に基づいて反応中心原子対が規定される。ここで、反応中心原子対とは、出発物質を構成する原子と生成物質を構成する原子とで対応関係を有する原子の対の中から抽出された、化学反応の前後で化学的環境が変化する原子の対をいう。
【０００７】
さらに、反応中心原子対の原子間が接続されて、出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが一体となった仮想分子構造が作成される。そして、この仮想分子構造を検索キーとして化学反応データベースを検索することにより、被検索化学反応を迅速に検出することができる。
【０００８】
ここで、第３のステップでは、反応中心原子対の原子間を接続すると共に反応中心原子対以外の原子を削除して仮想分子構造のデータを作成しており、第４のステップでは、被検索化学反応の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【０００９】
また、第３のステップでは、反応中心原子対の原子間を接続すると共に反応中心原子対およびこの反応中心原子対に順次結合する所定範囲の原子以外の原子を削除して仮想分子構造のデータを作成しており、第４のステップでは、被検索化学反応の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【００１０】
さらに、第３のステップでは、反応中心原子対の原子間を接続した第１の仮想分子構造のデータと、この第１の仮想分子構造から反応中心原子対以外の原子を削除した第２の仮想分子構造のデータを作成しており、第４のステップでは、反応データベースと略同一の化学反応のデータが登録され且つこれらのデータの仮想分子構造が反応中心原子対以外の原子を削除した構造である第２の反応データベースにアクセスして、第２の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索し、さらに、この検索で絞り込まれた化学反応のデータのみを対象にして反応データベースにアクセスし、前記第１の仮想分子構造のデータと完全に一致する前記化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【００１１】
さらにまた、出発物質及び生成物質を構成する１の原子についての化学的環境は、１の原子に結合している原子の数、１の原子に結合している原子の種類、１の原子に結合している原子との間の結合の種類および１の原子の荷電状態であり、原子の対において原子の化学的環境を調べて、該化学的環境の少なくとも１つが変化している原子の対を反応中心原子対としていることが好ましい。
【００１２】
次に、本発明の反応検索装置は、検索対象である被検索化学反応を検索する装置であって、化学反応前の出発物質を構成する原子と化学反応後の生成物質を構成する原子とが対応する原子の対であって、化学反応の前後で原子の化学的環境が変化する原子の対を反応中心原子対とし、反応中心原子対の原子間を仮想的に結合することにより、出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが一体となった仮想分子構造として表現された化学反応のデータが登録された反応データベースと、被検索化学反応についての出発物質の分子構造のデータと生成物質の分子構造のデータとの入力を受け付ける分子構造入力手段と、分子構造入力手段で受け付けたデータに係る分子構造に基づいて反応中心原子対を規定する原子対規定手段と、分子構造入力手段で受け付けたデータに係る分子構造に対して、原子対規定手段で規定した反応中心原子対の原子間が接続された仮想分子構造のデータを作成する分子構造作成手段と、分子構造作成手段で作成した仮想分子構造のデータを検索キーとして、反応データベースに登録された化学反応のデータを検索する化学反応検索手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の反応検索装置はこのような構成を有するので、利用者によって被検索化学反応についての出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが入力されると、これらの分子構造の入力は分子構造入力手段で受け付けられる。そして、受け付けられた分子構造に基づいて反応中心原子対が原子対規定手段で規定される。ここで、反応中心原子対とは、出発物質を構成する原子と生成物質を構成する原子とで対応関係を有する原子の対の中から抽出された、化学反応の前後で化学的環境が変化する原子の対をいう。
【００１４】
さらに、原子対規定手段で規定された反応中心原子対は分子構造作成手段に与えられ、この反応中心原子対の原子間を接続した仮想分子構造が作成される。そして、この仮想分子構造を検索キーとして化学反応データベースを検索することにより、被検索化学反応を迅速に検出することができる。
【００１５】
ここで、分子構造作成手段では、反応中心原子対の原子間を接続すると共に反応中心原子対以外の原子を削除して仮想分子構造のデータを作成しており、化学反応検索手段では、被検索化学反応の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【００１６】
また、分子構造作成手段では、反応中心原子対の原子間を接続すると共に反応中心原子対およびこの反応中心原子対に順次結合する所定範囲の原子以外の原子を削除して仮想分子構造のデータを作成しており、化学反応検索手段では、被検索化学反応の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【００１７】
さらに、反応データベースと略同一の前記化学反応のデータが登録され且つこれらのデータの仮想分子構造が反応中心原子対以外の原子を削除した構造である第２の反応データベースを更に備え、分子構造作成手段では、反応中心原子対の原子間を接続した第１の仮想分子構造のデータと、この第１の仮想分子構造から反応中心原子対以外の原子を削除した第２の仮想分子構造のデータを作成しており、化学反応検索手段では、第２の反応データベースにアクセスして、第２の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索し、さらに、この検索で絞り込まれた化学反応のデータのみを対象にして第２の反応データベースにアクセスし、第１の仮想分子構造のデータと完全に一致する化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【００１８】
さらにまた、出発物質及び生成物質を構成する１の原子についての化学的環境は、１の原子に結合している原子の数、１の原子に結合している原子の種類、１の原子に結合している原子との間の結合の種類および１の原子の荷電状態であり、原子の対において原子の化学的環境を調べて、該化学的環境の少なくとも１つが変化している原子の対を反応中心原子対としていることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本実施形態である反応検索装置１を示すブロック図である。図１に示すように、反応検索装置１は、オペレーティングシステム（ＯＳ）１１および反応検索プログラム１２が記憶されたメモリ装置１０と、第１及び第２の反応データベース２１，２２が記憶されたハードディスク装置２０とを備えている。更に、反応検索装置１は、入力手段であるキーボード３０およびマウス４０と、出力手段であるディスプレイ５０およびプリンタ６０と、反応検索プログラム１２の実行等を制御するＣＰＵ７０とを備えている。
【００２８】
そして、反応検索プログラム１２は、被検索化学反応についての出発物質の分子構造と生成物質の分子構造との入力を受け付ける分子構造入力ルーチン（分子構造入力手段）１３と、分子構造入力ルーチン１３で受け付けた分子構造に基づいて反応中心原子対を規定する原子対規定ルーチン（原子対規定手段）１４と、分子構造入力ルーチン１３で受け付けた分子構造に対して、原子対規定ルーチン１４で規定した反応中心原子対の原子間が接続された仮想分子構造を作成する分子構造作成ルーチン（分子構造作成手段）１５と、分子構造作成ルーチン１５で作成した仮想分子構造を検索キーとして、第１及び第２の反応データベース２１，２２に登録された化学反応のデータを検索する化学反応検索ルーチン（化学反応検索手段）１６とを備えている。
【００２９】
第１及び第２の反応データベース２１，２２は、出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とからなる化学反応を仮想的な１つの分子構造（以下、仮想分子構造という）としてとらえ、この仮想分子構造を結合表と正準化データ（カノニカルデータともいう）といった２種類のデータ形式で登録したデータベースである。仮想分子構造には、出発物質および生成物質の全ての原子を含む反応構造（以下、全反応構造ともいう）と、化学反応の前後で化学的環境の変化する原子のみを含む反応中心構造と、反応中心構造に周辺原子を付加した周辺原子付加構造とがある（周辺原子付加構造については後述する）。
【００３０】
そして、第１の反応データベース２１には、全反応構造の結合表が登録された結合表ファイル２１ａと、全反応構造の正準化データが登録された正準化データファイル２１ｂとが設けられている。また、第２の反応データベース２２には、反応中心構造の結合表が登録された結合表ファイル２２ａと、反応中心構造の正準化データが登録された正準化データファイル２２ｂとが設けられている。
【００３１】
なお、第１及び第２の反応データベース２１，２２は、ファイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの他に、それぞれの化学反応に付随する関連情報（例えば、収率、反応条件、文献）が格納されたファイルを更に備えることが好ましい。
【００３２】
次に、図２に示す出発物質８１，８２（ＣＨ3-ＣＨ2-ＮＨ-ＣＯ-ＣＨ2-ＣＯ-ＣＨ3，Ｃ6Ｈ5-ＯＨ）を反応させて、生成物質８３，８４（ＣＨ3-ＣＨ2-ＮＨ2，Ｃ6Ｈ5-Ｏ-ＣＯ-ＣＨ2-ＣＯ-ＣＨ3）を生成させる化学反応（図の分子構造は水素原子を省略して図示されている）を例にとり、仮想反応分子構造を詳細に説明する。仮想反応分子構造は、まず、出発物質８１，８２を構成する原子と生成物質８３，８４を構成する原子とで対応関係を有する原子の対を決定又は抽出し、続いて各原子の対における化学的環境を比較するという順で、化学反応を構成する分子の分子構造から作成することができる。
【００３３】
ここで、対応関係を有する原子の対は、例えば、反応機構に基づいて決定することができる。これを図２の例で説明すると、図の反応は、出発物質８１のアミド結合（原子２と原子３とからなる結合）が切断され、生成されるアシル基と出発物質８２の酸素原子１とが結合し、生成物質８４が生成されると同時に、生成物質８３が出発物質８１から生成されると考えることができる。そして、この反応機構に従って原子の対を決定すると、（番号１７，番号２２）、（番号８，番号１４）、（番号２，番号６）、（番号３，番号５）、（番号１０，番号１３）、（番号９，番号１２）、（番号１８，番号２１）、（番号２６，番号３０）、（番号２５，番号２９）、（番号２３，番号２８）、（番号３１，番号３２）、（番号２４，番号２７）、（番号１６，番号１９）、（番号７，番号１１）、（番号１５，番号２０）、（番号１，番号４）がそれぞれ原子の対となる。
【００３４】
なお、番号１５と番号１６の原子および番号２３と番号２４の原子はそれぞれ等価であるので、原子の対として（番号１６，番号１９）、（番号２４，番号２７）、（番号１５，番号２０）及び（番号２３，番号２８）の代わりに、（番号１５，番号１９）、（番号２３，番号２７）、（番号１６，番号２０）及び（番号２４，番号２８）の組合せを用いることもできる。いずれの組合せを用いるにしても、以下の説明から明らかなように、得られる結果（仮想分子構造の正準化データ等）は変わらない。
【００３５】
また、出発物質８１，８２及び生成物質８３，８４を構成する１の原子についての化学的環境は、▲１▼１の原子に結合している原子の数、▲２▼１の原子に結合している原子の種類、▲３▼１の原子に結合している原子との間の結合の種類、◯４１の原子の荷電状態である。そして、上述した原子の対のそれぞれについて原子の化学的環境を調べ、該化学的環境の少なくとも１つが変化している原子の対を反応中心原子対とする。
【００３６】
具体的に説明すると、まず、番号１７と番号２２との原子の対については、番号１７の原子に結合した番号８の原子の数と番号２２の原子に結合した番号１４の原子の数とが共に１である。また、番号８の原子と番号１４の原子とは共に炭素である。更に、番号１７の原子と番号８の原子との結合は単結合であり、番号２２の原子と番号１４の原子との結合も単結合である。更にまた、番号１７の原子の電荷と番号２２の原子の電荷とは共に０である。このように、化学的環境が全て等しいので、この原子の対は反応中心原子対でない。
【００３７】
また、番号２と番号６との原子の対については、番号２の原子に結合した番号８，３の原子の数が２であるのに対して、番号６の原子に結合した番号１４の原子の数は１である。このように、化学的環境が変化しているので、この原子の対は反応中心原子対である。
【００３８】
更に、番号３と番号５との原子の対については、番号３の原子に結合した番号２，９の原子の数と番号５の原子に結合した番号４，１２の原子の数とが共に２で等しい。ところが、番号２，９の原子が窒素および炭素であるのに対して、番号４，１２の原子は酸素および炭素である。このように、化学的環境が変化しているので、この原子の対は反応中心原子対である。
【００３９】
以上のような比較処理を全ての原子の対について行い、反応中心原子対を抽出する。その結果、番号２と番号６との原子の対、番号３と番号５との原子の対、番号１と番号４との原子の対が反応中心原子対として抽出される。さらに、抽出された各反応中心原子対の間を、例えば点線で仮想的に結合させることにより、図３に示すように、出発物質８１，８２の分子構造と生成物質８３，８４の分子構造とが一体となった単一の分子構造（即ち、仮想分子構造）として、化学反応が表現される。
【００４０】
図３の仮想分子構造は、出発物質および生成物質の全ての原子（番号１〜番号３２）を含む全反応構造である。この全反応構造の原子（番号１〜番号３２）の中から、反応中心原子対を構成する原子（番号１〜番号６）以外の原子を削除することによって、反応に直接関係する要部だけからなる反応中心構造が得られる。この反応中心構造の例を図４に示す。同図に示すように、番号２の原子および番号３の原子と、番号４の原子および番号５の原子とがそれぞれ単結合している。また番号２の原子および番号６の原子と、番号３の原子および番号５の原子と、番号１の原子および番号４の原子とがそれぞれ仮想的に結合している。
【００４１】
以上のように、出発物質と生成物質とからなる一連の化学反応を仮想分子構造として表現することにより、化学反応の特定が容易になる。特に、反応中心構造は反応に直接関係する要部だけの構造であるため、反応中心構造が一致する化学反応を抽出することにより、同種の化学反応をグループ化することができる。また、反応中心構造をキーにして化学反応を検索する場合、全反応構造に比べて構造が単純であるために高速処理が可能である。
【００４２】
ところで、仮想分子構造を第１及び第２の反応データベース２１，２２に登録するためには、この仮想分子構造を一意的に特定できるバイナリのデータに置き換える必要がある。そこで、第１及び第２の反応データベース２１，２２には、仮想分子構造を結合表および正準化データといった２種類のデータ形式で登録している。
【００４３】
ここで、結合表は、各原子についての固有データが記録された原子テーブルと、原子間の結合対データが記録された原子対テーブルとを備えている。また、正準化データは、所定のアルゴリズムで結合表を文字、数字および記号に変換したデータ列である。そして、結合表と正準化データとは、双方向に変換することができる。このように、第１及び第２の反応データベース２１，２２には結合表、正準化データといった２種類のデータが登録されているが、これらのデータは次のように使い分けることができる。即ち、結合表には各原子の情報、特に座標データが書き込まれており、この情報を用いれば仮想分子構造を容易に作成することができる。従って、仮想分子構造をディスプレイ５０に表示させ、或いはプリンタ６０から出力させる場合には、結合表が好ましく用いられる。また、正準化データは文字及び記号列データであり、結合表に比べて情報量が少ないため、分子構造の差異の比較が容易であり検索に適している。従って、反応検索プログラム１２によって仮想分子構造を検索する場合には、正準化データが好ましく用いられる。
【００４４】
次に、結合表の例を図５〜図７に示す。図５，６は、全反応構造の結合表である。また、図７は、反応中心構造の結合表である。図５および図７に示すように原子テーブルには、原子の番号、原子の三次元座標（Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標）、元素名（一般に元素記号が用いられるが、原子番号などの数字であってもよい）、質量、電荷および反応方向属性（例えば、反応中心原子対の出発側の原子は−１、反応中心原子対の生成側の原子は１、反応中心原子対でない原子は０）を書き込む欄が設けられている。また、図６および図７に示すように、原子対テーブルには、結合原子対、結合種（例えば、単結合は１、二重結合は２、仮想的な結合は７）および構造を書き込む欄が設けられている。ここで、原子の番号は、化合物を構成する各原子をコンピュータで識別するための番号であり、図５〜図７の例では数字であるが、記号であってもよい。また、結合原子対は、原子の番号の組合せとして表現されるのがよい。
【００４５】
具体的には、図３の反応構造における番号１の原子については、原子デーブルのＸ座標の欄に“−５．５９８３”がＹ座標の欄に“−４．０９７２”が書き込まれている。また、元素名の欄に“Ｏ”が反応方向属性の欄に“−１”が書き込まれている。更に、番号１の原子は番号７の原子と単結合で結ばれているので、原子対テーブルの結合原子対の欄に“７ １”が結合種の欄に“１”が書き込まれている。そして、番号２〜番号３２の原子についても同様のデータが書き込まれている。
【００４６】
次に、正準化データの例を示す。正準化データは本発明者が特願平８−１２５１２３号で提示したアルゴリズムを用いることにより、結合表から一意的に作成されるデータである。即ち、図５，６の反応構造の結合表から正準化データを作成すると、正準化データは例えば、“１−０１＜１−１＝０２−２＜０３−Ｎ３−３＝０４−６％６％７−８＜Ｎ８−９−１１−１１＝０１２％１３％１４％１４％１５−１６−１７−１７＝０２０％２２％２３％２４−２９％／２１％２８／３０％３２／”と表現される。また、図７の反応中心構造の結合表から正準化データを作成すると、“１＜１−Ｎ２−０３＜Ｎ４＜０／”と表現される。なお、これらの正準化データでは、単結合に記号“−”を、二重結合に記号“＝”を、三重結合に記号“＃”を、芳香結合に記号“％”を、仮想的結合に記号“＜”をそれぞれ用いている。
【００４７】
次に、反応検索装置１による化学反応の検索動作について、図８のフローチャートに基づいて説明する。まず、ＣＰＵ７０の制御の下で分子構造入力ルーチン１３が実行され、ディスプレイ５０にデータの入力を促すメッセージ（或いはプロンプト記号などの入力促進用の記号）が表示される。このメッセージを見た利用者がキーボート３０或いはマウス４０を操作して、検索対象である被検索化学反応についての出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とを入力すると、これらの分子構造の入力は受け付けられる（ステップ１００：第１のステップ）。次に、原子対規定ルーチン１４が実行され、ステップ１００で受け付けられた分子構造に基づいて反応中心原子対が規定される（ステップ１０１：第２のステップ）。更に、分子構造作成ルーチン１５が実行され、ステップ１００で受け付けた分子構造に対して、ステップ１０１で規定した反応中心原子対の原子間が接続され、出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが一体となった仮想分子構造の正準化データが作成される（ステップ１０３：第３のステップ）。そして、ステップ１０３で作成された仮想分子構造の正準化データを検索キーとして反応データベース２１，２２が検索され、検索対象である被検索化学反応が迅速に検出される（ステップ１０４：第４のステップ）。
【００４８】
ここで、ステップ１０３で作成する仮想分子構造には、出発物質および生成物質の全ての原子を含む全反応構造（図３参照）と、この全反応構造の原子の中から、反応中心原子対を構成する原子以外の原子を削除した反応中心構造（図４参照）と、反応中心構造に周辺原子を付加した周辺原子付加構造とがある。周辺原子付加構造は例えば図９に示すように、図４に示す反応中心構造に一結合数以内で結合する範囲の周辺原子である炭素原子（番号７，８，９，１１，１２，１４）および酸素原子（番号１０，１３）を付加した構造である。このように、反応中心構造に周辺原子を付加した周辺原子付加構造を用いることによって、反応データベース２１，２２の検索効率を向上させることができる。
【００４９】
ステップ１０４で行う検索処理には、次に挙げる３種類の手法のいずれかが用いられる。まず、第１の検索手法としては、ステップ１０３で作成した反応中心構造の正準化データを検索キーとして第１の反応データベース２１にアクセスし、反応構造の正準化データファイル２１ｂに登録された反応構造の正準化データの中から、検索キーである反応中心構造の正準化データと少なくとも一部が一致する正準化データを検出する手法である（この手法は、請求項２の反応検索方法、請求項７の反応検索装置、請求項１２の反応検索用記憶媒体でそれぞれ用いられる。）。この検索手法を用いることにより、共通の反応中心構造を有する複数の化学反応（この中に検索対象である被検索化学反応が含まれる）を高速に検索することができる。
【００５０】
また、第２の手法としては、ステップ１０３で作成した周辺原子付加構造（反応中心構造に周辺原子を付加した構造）の正準化データを検索キーとして第１の反応データベース２１にアクセスし、反応構造の正準化データファイル２１ｂに登録された反応構造の正準化データの中から、検索キーである周辺原子付加構造の正準化データと少なくとも一部が一致する正準化データを検出する手法である（この手法は、請求項３の反応検索方法、請求項８の反応検索装置、請求項１３の反応検索用記憶媒体でそれぞれ用いられる。）。この検索手法を用いることにより、共通の周辺原子付加構造を有する複数の化学反応（この中に検索対象である被検索化学反応が含まれる）を高速に検索することができる。
【００５１】
さらに、第３の手法は、検索を２段階に行って正準化データを検出する手法である（この手法は、請求項４の反応検索方法、請求項９の反応検索装置、請求項１４の反応検索用記憶媒体でそれぞれ用いられる。）。即ち、まず、ステップ１０３で作成した反応中心構造の正準化データを検索キーとして第２の反応データベース２２にアクセスし、反応中心構造の正準化データファイル２２ｂに登録された反応中心構造の正準化データの中から、検索キーである反応中心構造の正準化データと少なくとも一部が一致する正準化データを検索する。この第１段の検索処理によって複数の反応中心構造の正準化データが検出される。
【００５２】
次に、これらの検出データを対象にして第２段の検索処理を行う。第２段の検索処理は、ステップ１０３で作成した反応構造の正準化データを検索キーとして第１の反応データベース２１にアクセスし、反応構造の正準化データファイル２１ｂに登録された反応構造の正準化データの中から、検索キーである反応構造の正準化データと完全に一致する正準化データを検出する処理である。このような２段階の検索処理によって、検索対象である被検索化学反応を高速に検出することができる。
【００５３】
次に、本実施形態である反応検索用記憶媒体２について説明する。図１０は、反応検索用記憶媒体２のデータ構成を示すブロック図である。反応検索用記憶媒体２は、データエリア２ａとプログラムエリア２ｂとを有し、データエリア２ａには、第１の反応データベース２１と第２の反応データベース２２とが記憶されている。また、プログラムエリア２ｂには、反応検索プログラム１２が記憶されている。なお、第１及び第２の反応データベース２１，２２の各ファイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂに登録された各データは上述した結合表および正準化データと同一であるため、その説明は省略する。また、反応検索プログラム１２の各ルーチン１３〜１６は上述した各ルーチン１３〜１６と同一であるため、その説明は省略する。さらに、反応検索用記憶媒体２としては、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＤ、ＤＶＤなどの光学的又は磁気的に情報を記録することが可能ないずれの記憶媒体であってもよい。
【００５４】
反応検索用記憶媒体２に記憶された反応データベース２１，２２および反応検索プログラム１２は、情報処理装置で読み出すことができる。この情報処理装置の例を図１１に示す。図１１に示すように、情報処理装置３は、反応情報記憶媒体２に記憶された反応データベース２１，２２および反応検索プログラム１２を読み出す記憶媒体読出装置９０と、オペレーティングシステム（ＯＳ）１１およびデータ読み出し用のアプリケーション（図示せず）が記憶されたメモリ装置１０と、ハードディスク装置２０とを備えている。また、情報処理装置３は、入力手段であるキーボード３０およびマウス４０と、出力手段であるディスプレイ５０およびプリンタ６０と、反応検索プログラム１２の実行等を制御するＣＰＵ７０とを備えている。
【００５５】
そして、記憶媒体読出装置９０に反応検索用記憶媒体２が挿入されると、反応検索用記憶媒体２から第１及び第２の反応データベース２１，２２が読み出され、ハードディスク装置２０に記憶される。また、反応検索用記憶媒体２から反応検索プログラム１２が読み出され、メモリ装置１０に記憶される。
【００５６】
その結果、情報処理装置３の構成は、図１に示した反応検索装置１の構成とほぼ同一になる。このため、反応検索プログラム１２を情報処理装置３で実行させた場合の処理内容は、上述した反応検索装置１の処理内容と同一となる。よって、反応検索プログラム１２の処理内容については、説明を省略する。
【００５７】
なお、第１及び第２の反応データベース２１，２２をハードディスク装置２０に記憶することなく、反応検索用記憶媒体２に記憶された第１及び第２の反応データベース２１，２２を反応検索プログラム１２の処理で直接アクセスしてもよい。この場合にも、反応検索プログラム１２の処理内容が変わることはない。
【００５８】
【発明の効果】
本発明による反応検索方法、反応検索装置および反応検索用記憶媒体は、以上のように構成されているため次のような効果を得ることができる。
【００５９】
即ち、被検索化学反応についての出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とから作成された仮想分子構造を検索キーとして化学反応データベースを検索することにより、被検索化学反応を迅速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反応検索装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】２つの化合物を反応させた化学式の例を示す図である。
【図３】反応構造の例を示す図である。
【図４】反応中心構造の例を示す図である。
【図５】結合表の原子テーブルの例を示す図である。
【図６】結合表の原子対テーブルの例を示す図である。
【図７】結合表の原子テーブルおよび原子対テーブルの例を示す図である。
【図８】図１の反応検索装置による化学反応の検索動作について示すフローチャートである。
【図９】周辺原子付加構造の例を示す図である。
【図１０】反応検索用記憶媒体のデータ構成を示すブロック図である。
【図１１】情報処理装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…反応検索装置、２…反応検索用記憶媒体、２ａ…データエリア、２ｂ…プログラムエリア、３…情報処理装置、１２…反応検索プログラム（検索用のプログラム）、１３…分子構造入力ルーチン（分子構造入力手段）、１４…原子対規定ルーチン（原子対規定手段）、１５…分子構造作成ルーチン（分子構造作成手段）、１６…化学反応検索ルーチン（化学反応検索手段）、２１…第１の反応データベース、２２…第２の反応データベース。
【発明の属する技術分野】
本発明は、所望の化学反応を検索する反応検索方法、この検索方法を実施させる反応検索装置およびこの検索方法を実行するためのプログラムが記憶された反応検索記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、化学反応の出発物質の分子構造及び生成物質の分子構造がそれぞれデータベースに登録されていた。このため、化学反応を検索する際には、出発物質と生成物質とを別々に検索して、双方の物質を備えた化学反応を検出する必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、化学反応の数が膨大であるため、出発物質と生成物質とを組み合わせた数は非常に多くなる。このため、従来の検索方法では所望の化学反応を迅速に検索することが困難であった。
【０００４】
本発明は、このような問題を解決し、所望の化学反応を迅速に検索することのできる検索方法を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の化学反応を迅速に検索できる検索装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、所望の化学反応を迅速に検索できるプログラムが記憶された記憶媒体を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の反応検索方法は、化学反応のデータが登録された反応データベースにアクセスして検索対象である被検索化学反応を検索する装置、における反応検索方法であって、反応データベースに登録された化学反応のデータは、化学反応前の出発物質を構成する原子と化学反応後の生成物質を構成する原子とが対応する原子の対であって、化学反応の前後で原子の化学的環境が変化する原子の対を反応中心原子対とし、反応中心原子対の原子間を仮想的に結合することにより、出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが一体となった仮想分子構造として表現されたデータであり、化学反応の検索は、装置が、被検索化学反応についての出発物質の分子構造のデータと生成物質の分子構造のデータとの入力を受け付ける第１のステップと、装置が、第１のステップで受け付けたデータに係る分子構造に基づいて反応中心原子対を規定する第２のステップと、装置が、第１のステップで受け付けたデータに係る分子構造に対して、第２のステップで規定した反応中心原子対の原子間が接続された仮想分子構造のデータを作成する第３のステップと、装置が、第３のステップで作成した仮想分子構造のデータを検索キーとして、反応データベースに登録された化学反応のデータを検索する第４のステップとを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の反応検索方法はこのような構成を有するので、利用者によって被検索化学反応についての出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが入力されると、これらの分子構造の入力は受け付けられる。そして、受け付けられた分子構造に基づいて反応中心原子対が規定される。ここで、反応中心原子対とは、出発物質を構成する原子と生成物質を構成する原子とで対応関係を有する原子の対の中から抽出された、化学反応の前後で化学的環境が変化する原子の対をいう。
【０００７】
さらに、反応中心原子対の原子間が接続されて、出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが一体となった仮想分子構造が作成される。そして、この仮想分子構造を検索キーとして化学反応データベースを検索することにより、被検索化学反応を迅速に検出することができる。
【０００８】
ここで、第３のステップでは、反応中心原子対の原子間を接続すると共に反応中心原子対以外の原子を削除して仮想分子構造のデータを作成しており、第４のステップでは、被検索化学反応の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【０００９】
また、第３のステップでは、反応中心原子対の原子間を接続すると共に反応中心原子対およびこの反応中心原子対に順次結合する所定範囲の原子以外の原子を削除して仮想分子構造のデータを作成しており、第４のステップでは、被検索化学反応の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【００１０】
さらに、第３のステップでは、反応中心原子対の原子間を接続した第１の仮想分子構造のデータと、この第１の仮想分子構造から反応中心原子対以外の原子を削除した第２の仮想分子構造のデータを作成しており、第４のステップでは、反応データベースと略同一の化学反応のデータが登録され且つこれらのデータの仮想分子構造が反応中心原子対以外の原子を削除した構造である第２の反応データベースにアクセスして、第２の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索し、さらに、この検索で絞り込まれた化学反応のデータのみを対象にして反応データベースにアクセスし、前記第１の仮想分子構造のデータと完全に一致する前記化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【００１１】
さらにまた、出発物質及び生成物質を構成する１の原子についての化学的環境は、１の原子に結合している原子の数、１の原子に結合している原子の種類、１の原子に結合している原子との間の結合の種類および１の原子の荷電状態であり、原子の対において原子の化学的環境を調べて、該化学的環境の少なくとも１つが変化している原子の対を反応中心原子対としていることが好ましい。
【００１２】
次に、本発明の反応検索装置は、検索対象である被検索化学反応を検索する装置であって、化学反応前の出発物質を構成する原子と化学反応後の生成物質を構成する原子とが対応する原子の対であって、化学反応の前後で原子の化学的環境が変化する原子の対を反応中心原子対とし、反応中心原子対の原子間を仮想的に結合することにより、出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが一体となった仮想分子構造として表現された化学反応のデータが登録された反応データベースと、被検索化学反応についての出発物質の分子構造のデータと生成物質の分子構造のデータとの入力を受け付ける分子構造入力手段と、分子構造入力手段で受け付けたデータに係る分子構造に基づいて反応中心原子対を規定する原子対規定手段と、分子構造入力手段で受け付けたデータに係る分子構造に対して、原子対規定手段で規定した反応中心原子対の原子間が接続された仮想分子構造のデータを作成する分子構造作成手段と、分子構造作成手段で作成した仮想分子構造のデータを検索キーとして、反応データベースに登録された化学反応のデータを検索する化学反応検索手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の反応検索装置はこのような構成を有するので、利用者によって被検索化学反応についての出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが入力されると、これらの分子構造の入力は分子構造入力手段で受け付けられる。そして、受け付けられた分子構造に基づいて反応中心原子対が原子対規定手段で規定される。ここで、反応中心原子対とは、出発物質を構成する原子と生成物質を構成する原子とで対応関係を有する原子の対の中から抽出された、化学反応の前後で化学的環境が変化する原子の対をいう。
【００１４】
さらに、原子対規定手段で規定された反応中心原子対は分子構造作成手段に与えられ、この反応中心原子対の原子間を接続した仮想分子構造が作成される。そして、この仮想分子構造を検索キーとして化学反応データベースを検索することにより、被検索化学反応を迅速に検出することができる。
【００１５】
ここで、分子構造作成手段では、反応中心原子対の原子間を接続すると共に反応中心原子対以外の原子を削除して仮想分子構造のデータを作成しており、化学反応検索手段では、被検索化学反応の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【００１６】
また、分子構造作成手段では、反応中心原子対の原子間を接続すると共に反応中心原子対およびこの反応中心原子対に順次結合する所定範囲の原子以外の原子を削除して仮想分子構造のデータを作成しており、化学反応検索手段では、被検索化学反応の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【００１７】
さらに、反応データベースと略同一の前記化学反応のデータが登録され且つこれらのデータの仮想分子構造が反応中心原子対以外の原子を削除した構造である第２の反応データベースを更に備え、分子構造作成手段では、反応中心原子対の原子間を接続した第１の仮想分子構造のデータと、この第１の仮想分子構造から反応中心原子対以外の原子を削除した第２の仮想分子構造のデータを作成しており、化学反応検索手段では、第２の反応データベースにアクセスして、第２の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する化学反応のデータを検索し、さらに、この検索で絞り込まれた化学反応のデータのみを対象にして第２の反応データベースにアクセスし、第１の仮想分子構造のデータと完全に一致する化学反応のデータを検索していることが好ましい。
【００１８】
さらにまた、出発物質及び生成物質を構成する１の原子についての化学的環境は、１の原子に結合している原子の数、１の原子に結合している原子の種類、１の原子に結合している原子との間の結合の種類および１の原子の荷電状態であり、原子の対において原子の化学的環境を調べて、該化学的環境の少なくとも１つが変化している原子の対を反応中心原子対としていることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２７】
図１は、本実施形態である反応検索装置１を示すブロック図である。図１に示すように、反応検索装置１は、オペレーティングシステム（ＯＳ）１１および反応検索プログラム１２が記憶されたメモリ装置１０と、第１及び第２の反応データベース２１，２２が記憶されたハードディスク装置２０とを備えている。更に、反応検索装置１は、入力手段であるキーボード３０およびマウス４０と、出力手段であるディスプレイ５０およびプリンタ６０と、反応検索プログラム１２の実行等を制御するＣＰＵ７０とを備えている。
【００２８】
そして、反応検索プログラム１２は、被検索化学反応についての出発物質の分子構造と生成物質の分子構造との入力を受け付ける分子構造入力ルーチン（分子構造入力手段）１３と、分子構造入力ルーチン１３で受け付けた分子構造に基づいて反応中心原子対を規定する原子対規定ルーチン（原子対規定手段）１４と、分子構造入力ルーチン１３で受け付けた分子構造に対して、原子対規定ルーチン１４で規定した反応中心原子対の原子間が接続された仮想分子構造を作成する分子構造作成ルーチン（分子構造作成手段）１５と、分子構造作成ルーチン１５で作成した仮想分子構造を検索キーとして、第１及び第２の反応データベース２１，２２に登録された化学反応のデータを検索する化学反応検索ルーチン（化学反応検索手段）１６とを備えている。
【００２９】
第１及び第２の反応データベース２１，２２は、出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とからなる化学反応を仮想的な１つの分子構造（以下、仮想分子構造という）としてとらえ、この仮想分子構造を結合表と正準化データ（カノニカルデータともいう）といった２種類のデータ形式で登録したデータベースである。仮想分子構造には、出発物質および生成物質の全ての原子を含む反応構造（以下、全反応構造ともいう）と、化学反応の前後で化学的環境の変化する原子のみを含む反応中心構造と、反応中心構造に周辺原子を付加した周辺原子付加構造とがある（周辺原子付加構造については後述する）。
【００３０】
そして、第１の反応データベース２１には、全反応構造の結合表が登録された結合表ファイル２１ａと、全反応構造の正準化データが登録された正準化データファイル２１ｂとが設けられている。また、第２の反応データベース２２には、反応中心構造の結合表が登録された結合表ファイル２２ａと、反応中心構造の正準化データが登録された正準化データファイル２２ｂとが設けられている。
【００３１】
なお、第１及び第２の反応データベース２１，２２は、ファイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂの他に、それぞれの化学反応に付随する関連情報（例えば、収率、反応条件、文献）が格納されたファイルを更に備えることが好ましい。
【００３２】
次に、図２に示す出発物質８１，８２（ＣＨ3-ＣＨ2-ＮＨ-ＣＯ-ＣＨ2-ＣＯ-ＣＨ3，Ｃ6Ｈ5-ＯＨ）を反応させて、生成物質８３，８４（ＣＨ3-ＣＨ2-ＮＨ2，Ｃ6Ｈ5-Ｏ-ＣＯ-ＣＨ2-ＣＯ-ＣＨ3）を生成させる化学反応（図の分子構造は水素原子を省略して図示されている）を例にとり、仮想反応分子構造を詳細に説明する。仮想反応分子構造は、まず、出発物質８１，８２を構成する原子と生成物質８３，８４を構成する原子とで対応関係を有する原子の対を決定又は抽出し、続いて各原子の対における化学的環境を比較するという順で、化学反応を構成する分子の分子構造から作成することができる。
【００３３】
ここで、対応関係を有する原子の対は、例えば、反応機構に基づいて決定することができる。これを図２の例で説明すると、図の反応は、出発物質８１のアミド結合（原子２と原子３とからなる結合）が切断され、生成されるアシル基と出発物質８２の酸素原子１とが結合し、生成物質８４が生成されると同時に、生成物質８３が出発物質８１から生成されると考えることができる。そして、この反応機構に従って原子の対を決定すると、（番号１７，番号２２）、（番号８，番号１４）、（番号２，番号６）、（番号３，番号５）、（番号１０，番号１３）、（番号９，番号１２）、（番号１８，番号２１）、（番号２６，番号３０）、（番号２５，番号２９）、（番号２３，番号２８）、（番号３１，番号３２）、（番号２４，番号２７）、（番号１６，番号１９）、（番号７，番号１１）、（番号１５，番号２０）、（番号１，番号４）がそれぞれ原子の対となる。
【００３４】
なお、番号１５と番号１６の原子および番号２３と番号２４の原子はそれぞれ等価であるので、原子の対として（番号１６，番号１９）、（番号２４，番号２７）、（番号１５，番号２０）及び（番号２３，番号２８）の代わりに、（番号１５，番号１９）、（番号２３，番号２７）、（番号１６，番号２０）及び（番号２４，番号２８）の組合せを用いることもできる。いずれの組合せを用いるにしても、以下の説明から明らかなように、得られる結果（仮想分子構造の正準化データ等）は変わらない。
【００３５】
また、出発物質８１，８２及び生成物質８３，８４を構成する１の原子についての化学的環境は、▲１▼１の原子に結合している原子の数、▲２▼１の原子に結合している原子の種類、▲３▼１の原子に結合している原子との間の結合の種類、◯４１の原子の荷電状態である。そして、上述した原子の対のそれぞれについて原子の化学的環境を調べ、該化学的環境の少なくとも１つが変化している原子の対を反応中心原子対とする。
【００３６】
具体的に説明すると、まず、番号１７と番号２２との原子の対については、番号１７の原子に結合した番号８の原子の数と番号２２の原子に結合した番号１４の原子の数とが共に１である。また、番号８の原子と番号１４の原子とは共に炭素である。更に、番号１７の原子と番号８の原子との結合は単結合であり、番号２２の原子と番号１４の原子との結合も単結合である。更にまた、番号１７の原子の電荷と番号２２の原子の電荷とは共に０である。このように、化学的環境が全て等しいので、この原子の対は反応中心原子対でない。
【００３７】
また、番号２と番号６との原子の対については、番号２の原子に結合した番号８，３の原子の数が２であるのに対して、番号６の原子に結合した番号１４の原子の数は１である。このように、化学的環境が変化しているので、この原子の対は反応中心原子対である。
【００３８】
更に、番号３と番号５との原子の対については、番号３の原子に結合した番号２，９の原子の数と番号５の原子に結合した番号４，１２の原子の数とが共に２で等しい。ところが、番号２，９の原子が窒素および炭素であるのに対して、番号４，１２の原子は酸素および炭素である。このように、化学的環境が変化しているので、この原子の対は反応中心原子対である。
【００３９】
以上のような比較処理を全ての原子の対について行い、反応中心原子対を抽出する。その結果、番号２と番号６との原子の対、番号３と番号５との原子の対、番号１と番号４との原子の対が反応中心原子対として抽出される。さらに、抽出された各反応中心原子対の間を、例えば点線で仮想的に結合させることにより、図３に示すように、出発物質８１，８２の分子構造と生成物質８３，８４の分子構造とが一体となった単一の分子構造（即ち、仮想分子構造）として、化学反応が表現される。
【００４０】
図３の仮想分子構造は、出発物質および生成物質の全ての原子（番号１〜番号３２）を含む全反応構造である。この全反応構造の原子（番号１〜番号３２）の中から、反応中心原子対を構成する原子（番号１〜番号６）以外の原子を削除することによって、反応に直接関係する要部だけからなる反応中心構造が得られる。この反応中心構造の例を図４に示す。同図に示すように、番号２の原子および番号３の原子と、番号４の原子および番号５の原子とがそれぞれ単結合している。また番号２の原子および番号６の原子と、番号３の原子および番号５の原子と、番号１の原子および番号４の原子とがそれぞれ仮想的に結合している。
【００４１】
以上のように、出発物質と生成物質とからなる一連の化学反応を仮想分子構造として表現することにより、化学反応の特定が容易になる。特に、反応中心構造は反応に直接関係する要部だけの構造であるため、反応中心構造が一致する化学反応を抽出することにより、同種の化学反応をグループ化することができる。また、反応中心構造をキーにして化学反応を検索する場合、全反応構造に比べて構造が単純であるために高速処理が可能である。
【００４２】
ところで、仮想分子構造を第１及び第２の反応データベース２１，２２に登録するためには、この仮想分子構造を一意的に特定できるバイナリのデータに置き換える必要がある。そこで、第１及び第２の反応データベース２１，２２には、仮想分子構造を結合表および正準化データといった２種類のデータ形式で登録している。
【００４３】
ここで、結合表は、各原子についての固有データが記録された原子テーブルと、原子間の結合対データが記録された原子対テーブルとを備えている。また、正準化データは、所定のアルゴリズムで結合表を文字、数字および記号に変換したデータ列である。そして、結合表と正準化データとは、双方向に変換することができる。このように、第１及び第２の反応データベース２１，２２には結合表、正準化データといった２種類のデータが登録されているが、これらのデータは次のように使い分けることができる。即ち、結合表には各原子の情報、特に座標データが書き込まれており、この情報を用いれば仮想分子構造を容易に作成することができる。従って、仮想分子構造をディスプレイ５０に表示させ、或いはプリンタ６０から出力させる場合には、結合表が好ましく用いられる。また、正準化データは文字及び記号列データであり、結合表に比べて情報量が少ないため、分子構造の差異の比較が容易であり検索に適している。従って、反応検索プログラム１２によって仮想分子構造を検索する場合には、正準化データが好ましく用いられる。
【００４４】
次に、結合表の例を図５〜図７に示す。図５，６は、全反応構造の結合表である。また、図７は、反応中心構造の結合表である。図５および図７に示すように原子テーブルには、原子の番号、原子の三次元座標（Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標）、元素名（一般に元素記号が用いられるが、原子番号などの数字であってもよい）、質量、電荷および反応方向属性（例えば、反応中心原子対の出発側の原子は−１、反応中心原子対の生成側の原子は１、反応中心原子対でない原子は０）を書き込む欄が設けられている。また、図６および図７に示すように、原子対テーブルには、結合原子対、結合種（例えば、単結合は１、二重結合は２、仮想的な結合は７）および構造を書き込む欄が設けられている。ここで、原子の番号は、化合物を構成する各原子をコンピュータで識別するための番号であり、図５〜図７の例では数字であるが、記号であってもよい。また、結合原子対は、原子の番号の組合せとして表現されるのがよい。
【００４５】
具体的には、図３の反応構造における番号１の原子については、原子デーブルのＸ座標の欄に“−５．５９８３”がＹ座標の欄に“−４．０９７２”が書き込まれている。また、元素名の欄に“Ｏ”が反応方向属性の欄に“−１”が書き込まれている。更に、番号１の原子は番号７の原子と単結合で結ばれているので、原子対テーブルの結合原子対の欄に“７ １”が結合種の欄に“１”が書き込まれている。そして、番号２〜番号３２の原子についても同様のデータが書き込まれている。
【００４６】
次に、正準化データの例を示す。正準化データは本発明者が特願平８−１２５１２３号で提示したアルゴリズムを用いることにより、結合表から一意的に作成されるデータである。即ち、図５，６の反応構造の結合表から正準化データを作成すると、正準化データは例えば、“１−０１＜１−１＝０２−２＜０３−Ｎ３−３＝０４−６％６％７−８＜Ｎ８−９−１１−１１＝０１２％１３％１４％１４％１５−１６−１７−１７＝０２０％２２％２３％２４−２９％／２１％２８／３０％３２／”と表現される。また、図７の反応中心構造の結合表から正準化データを作成すると、“１＜１−Ｎ２−０３＜Ｎ４＜０／”と表現される。なお、これらの正準化データでは、単結合に記号“−”を、二重結合に記号“＝”を、三重結合に記号“＃”を、芳香結合に記号“％”を、仮想的結合に記号“＜”をそれぞれ用いている。
【００４７】
次に、反応検索装置１による化学反応の検索動作について、図８のフローチャートに基づいて説明する。まず、ＣＰＵ７０の制御の下で分子構造入力ルーチン１３が実行され、ディスプレイ５０にデータの入力を促すメッセージ（或いはプロンプト記号などの入力促進用の記号）が表示される。このメッセージを見た利用者がキーボート３０或いはマウス４０を操作して、検索対象である被検索化学反応についての出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とを入力すると、これらの分子構造の入力は受け付けられる（ステップ１００：第１のステップ）。次に、原子対規定ルーチン１４が実行され、ステップ１００で受け付けられた分子構造に基づいて反応中心原子対が規定される（ステップ１０１：第２のステップ）。更に、分子構造作成ルーチン１５が実行され、ステップ１００で受け付けた分子構造に対して、ステップ１０１で規定した反応中心原子対の原子間が接続され、出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とが一体となった仮想分子構造の正準化データが作成される（ステップ１０３：第３のステップ）。そして、ステップ１０３で作成された仮想分子構造の正準化データを検索キーとして反応データベース２１，２２が検索され、検索対象である被検索化学反応が迅速に検出される（ステップ１０４：第４のステップ）。
【００４８】
ここで、ステップ１０３で作成する仮想分子構造には、出発物質および生成物質の全ての原子を含む全反応構造（図３参照）と、この全反応構造の原子の中から、反応中心原子対を構成する原子以外の原子を削除した反応中心構造（図４参照）と、反応中心構造に周辺原子を付加した周辺原子付加構造とがある。周辺原子付加構造は例えば図９に示すように、図４に示す反応中心構造に一結合数以内で結合する範囲の周辺原子である炭素原子（番号７，８，９，１１，１２，１４）および酸素原子（番号１０，１３）を付加した構造である。このように、反応中心構造に周辺原子を付加した周辺原子付加構造を用いることによって、反応データベース２１，２２の検索効率を向上させることができる。
【００４９】
ステップ１０４で行う検索処理には、次に挙げる３種類の手法のいずれかが用いられる。まず、第１の検索手法としては、ステップ１０３で作成した反応中心構造の正準化データを検索キーとして第１の反応データベース２１にアクセスし、反応構造の正準化データファイル２１ｂに登録された反応構造の正準化データの中から、検索キーである反応中心構造の正準化データと少なくとも一部が一致する正準化データを検出する手法である（この手法は、請求項２の反応検索方法、請求項７の反応検索装置、請求項１２の反応検索用記憶媒体でそれぞれ用いられる。）。この検索手法を用いることにより、共通の反応中心構造を有する複数の化学反応（この中に検索対象である被検索化学反応が含まれる）を高速に検索することができる。
【００５０】
また、第２の手法としては、ステップ１０３で作成した周辺原子付加構造（反応中心構造に周辺原子を付加した構造）の正準化データを検索キーとして第１の反応データベース２１にアクセスし、反応構造の正準化データファイル２１ｂに登録された反応構造の正準化データの中から、検索キーである周辺原子付加構造の正準化データと少なくとも一部が一致する正準化データを検出する手法である（この手法は、請求項３の反応検索方法、請求項８の反応検索装置、請求項１３の反応検索用記憶媒体でそれぞれ用いられる。）。この検索手法を用いることにより、共通の周辺原子付加構造を有する複数の化学反応（この中に検索対象である被検索化学反応が含まれる）を高速に検索することができる。
【００５１】
さらに、第３の手法は、検索を２段階に行って正準化データを検出する手法である（この手法は、請求項４の反応検索方法、請求項９の反応検索装置、請求項１４の反応検索用記憶媒体でそれぞれ用いられる。）。即ち、まず、ステップ１０３で作成した反応中心構造の正準化データを検索キーとして第２の反応データベース２２にアクセスし、反応中心構造の正準化データファイル２２ｂに登録された反応中心構造の正準化データの中から、検索キーである反応中心構造の正準化データと少なくとも一部が一致する正準化データを検索する。この第１段の検索処理によって複数の反応中心構造の正準化データが検出される。
【００５２】
次に、これらの検出データを対象にして第２段の検索処理を行う。第２段の検索処理は、ステップ１０３で作成した反応構造の正準化データを検索キーとして第１の反応データベース２１にアクセスし、反応構造の正準化データファイル２１ｂに登録された反応構造の正準化データの中から、検索キーである反応構造の正準化データと完全に一致する正準化データを検出する処理である。このような２段階の検索処理によって、検索対象である被検索化学反応を高速に検出することができる。
【００５３】
次に、本実施形態である反応検索用記憶媒体２について説明する。図１０は、反応検索用記憶媒体２のデータ構成を示すブロック図である。反応検索用記憶媒体２は、データエリア２ａとプログラムエリア２ｂとを有し、データエリア２ａには、第１の反応データベース２１と第２の反応データベース２２とが記憶されている。また、プログラムエリア２ｂには、反応検索プログラム１２が記憶されている。なお、第１及び第２の反応データベース２１，２２の各ファイル２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂに登録された各データは上述した結合表および正準化データと同一であるため、その説明は省略する。また、反応検索プログラム１２の各ルーチン１３〜１６は上述した各ルーチン１３〜１６と同一であるため、その説明は省略する。さらに、反応検索用記憶媒体２としては、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＤ、ＤＶＤなどの光学的又は磁気的に情報を記録することが可能ないずれの記憶媒体であってもよい。
【００５４】
反応検索用記憶媒体２に記憶された反応データベース２１，２２および反応検索プログラム１２は、情報処理装置で読み出すことができる。この情報処理装置の例を図１１に示す。図１１に示すように、情報処理装置３は、反応情報記憶媒体２に記憶された反応データベース２１，２２および反応検索プログラム１２を読み出す記憶媒体読出装置９０と、オペレーティングシステム（ＯＳ）１１およびデータ読み出し用のアプリケーション（図示せず）が記憶されたメモリ装置１０と、ハードディスク装置２０とを備えている。また、情報処理装置３は、入力手段であるキーボード３０およびマウス４０と、出力手段であるディスプレイ５０およびプリンタ６０と、反応検索プログラム１２の実行等を制御するＣＰＵ７０とを備えている。
【００５５】
そして、記憶媒体読出装置９０に反応検索用記憶媒体２が挿入されると、反応検索用記憶媒体２から第１及び第２の反応データベース２１，２２が読み出され、ハードディスク装置２０に記憶される。また、反応検索用記憶媒体２から反応検索プログラム１２が読み出され、メモリ装置１０に記憶される。
【００５６】
その結果、情報処理装置３の構成は、図１に示した反応検索装置１の構成とほぼ同一になる。このため、反応検索プログラム１２を情報処理装置３で実行させた場合の処理内容は、上述した反応検索装置１の処理内容と同一となる。よって、反応検索プログラム１２の処理内容については、説明を省略する。
【００５７】
なお、第１及び第２の反応データベース２１，２２をハードディスク装置２０に記憶することなく、反応検索用記憶媒体２に記憶された第１及び第２の反応データベース２１，２２を反応検索プログラム１２の処理で直接アクセスしてもよい。この場合にも、反応検索プログラム１２の処理内容が変わることはない。
【００５８】
【発明の効果】
本発明による反応検索方法、反応検索装置および反応検索用記憶媒体は、以上のように構成されているため次のような効果を得ることができる。
【００５９】
即ち、被検索化学反応についての出発物質の分子構造と生成物質の分子構造とから作成された仮想分子構造を検索キーとして化学反応データベースを検索することにより、被検索化学反応を迅速に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反応検索装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】２つの化合物を反応させた化学式の例を示す図である。
【図３】反応構造の例を示す図である。
【図４】反応中心構造の例を示す図である。
【図５】結合表の原子テーブルの例を示す図である。
【図６】結合表の原子対テーブルの例を示す図である。
【図７】結合表の原子テーブルおよび原子対テーブルの例を示す図である。
【図８】図１の反応検索装置による化学反応の検索動作について示すフローチャートである。
【図９】周辺原子付加構造の例を示す図である。
【図１０】反応検索用記憶媒体のデータ構成を示すブロック図である。
【図１１】情報処理装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…反応検索装置、２…反応検索用記憶媒体、２ａ…データエリア、２ｂ…プログラムエリア、３…情報処理装置、１２…反応検索プログラム（検索用のプログラム）、１３…分子構造入力ルーチン（分子構造入力手段）、１４…原子対規定ルーチン（原子対規定手段）、１５…分子構造作成ルーチン（分子構造作成手段）、１６…化学反応検索ルーチン（化学反応検索手段）、２１…第１の反応データベース、２２…第２の反応データベース。
Claims (10)
- 化学反応のデータが登録された反応データベースにアクセスして検索対象である被検索化学反応を検索する装置、における反応検索方法であって、
前記反応データベースに登録された前記化学反応のデータは、化学反応前の出発物質を構成する原子と化学反応後の生成物質を構成する原子とが対応する原子の対であって、化学反応の前後で原子の化学的環境が変化する原子の対を反応中心原子対とし、前記反応中心原子対の原子間を仮想的に結合することにより、前記出発物質の分子構造と前記生成物質の分子構造とが一体となった仮想分子構造として表現されたデータであり、
前記化学反応の検索は、
前記装置が、前記被検索化学反応についての前記出発物質の分子構造のデータと前記生成物質の分子構造のデータとの入力を受け付ける第１のステップと、
前記装置が、前記第１のステップで受け付けたデータに係る分子構造に基づいて前記反応中心原子対を規定する第２のステップと、
前記装置が、前記第１のステップで受け付けたデータに係る分子構造に対して、前記第２のステップで規定した前記反応中心原子対の原子間が接続された前記仮想分子構造のデータを作成する第３のステップと、
前記装置が、前記第３のステップで作成した前記仮想分子構造のデータを検索キーとして、前記反応データベースに登録された前記化学反応のデータを検索する第４のステップとを備えることを特徴とした反応検索方法。 - 前記第３のステップでは、前記反応中心原子対の原子間を接続すると共に前記反応中心原子対以外の原子を削除して前記仮想分子構造のデータを作成しており、
前記第４のステップでは、前記被検索化学反応の前記仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する前記化学反応のデータを検索している請求項１記載の反応検索方法。 - 前記第３のステップでは、前記反応中心原子対の原子間を接続すると共に前記反応中心原子対およびこの反応中心原子対に順次結合する所定範囲の原子以外の原子を削除して前記仮想分子構造のデータを作成しており、
前記第４のステップでは、前記被検索化学反応の前記仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する前記化学反応のデータを検索している請求項１記載の反応検索方法。 - 前記第３のステップでは、前記反応中心原子対の原子間を接続した第１の仮想分子構造のデータと、この第１の仮想分子構造から前記反応中心原子対以外の原子を削除した第２の仮想分子構造のデータを作成しており、
前記第４のステップでは、前記反応データベースと略同一の前記化学反応のデータが登録され且つこれらのデータの前記仮想分子構造が前記反応中心原子対以外の原子を削除した構造である第２の反応データベースにアクセスして、前記第２の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する前記化学反応のデータを検索し、さらに、この検索で絞り込まれた前記化学反応のデータのみを対象にして前記反応データベースにアクセスし、前記第１の仮想分子構造のデータと完全に一致する前記化学反応のデータを検索している請求項１記載の反応検索方法。 - 前記出発物質及び前記生成物質を構成する１の原子についての前記化学的環境は、前記１の原子に結合している原子の数、前記１の原子に結合している原子の種類、前記１の原子に結合している原子との間の結合の種類および前記１の原子の荷電状態であり、
前記原子の対において原子の化学的環境を調べて、該化学的環境の少なくとも１つが変化している原子の対を反応中心原子対としている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の反応検索方法。 - 検索対象である被検索化学反応を検索する装置であって、
化学反応前の出発物質を構成する原子と化学反応後の生成物質を構成する原子とが対応する原子の対であって、化学反応の前後で原子の化学的環境が変化する原子の対を反応中心原子対とし、前記反応中心原子対の原子間を仮想的に結合することにより、前記出発物質の分子構造と前記生成物質の分子構造とが一体となった仮想分子構造として表現された化学反応のデータが登録された反応データベースと、
前記被検索化学反応についての前記出発物質の分子構造のデータと前記生成物質の分子構造のデータとの入力を受け付ける分子構造入力手段と、
前記分子構造入力手段で受け付けたデータに係る分子構造に基づいて前記反応中心原子対を規定する原子対規定手段と、
前記分子構造入力手段で受け付けたデータに係る分子構造に対して前記原子対規定手段で規定した前記反応中心原子対の原子間が接続された前記仮想分子構造のデータを作成する分子構造作成手段と、
前記分子構造作成手段で作成した前記仮想分子構造のデータを検索キーとして、前記反応データベースに登録された前記化学反応のデータを検索する化学反応検索手段とを備えることを特徴とした反応検索装置。 - 前記分子構造作成手段では、前記反応中心原子対の原子間を接続すると共に前記反応中心原子対以外の原子を削除して前記仮想分子構造のデータを作成しており、
前記化学反応検索手段では、前記被検索化学反応の前記仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する前記化学反応のデータを検索している請求項６記載の反応検索装置。 - 前記分子構造作成手段では、前記反応中心原子対の原子間を接続すると共に前記反応中心原子対およびこの反応中心原子対に順次結合する所定範囲の原子以外の原子を削除して前記仮想分子構造のデータを作成しており、
前記化学反応検索手段では、前記被検索化学反応の前記仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する前記化学反応のデータを検索している請求項６記載の反応検索装置。 - 前記反応データベースと略同一の前記化学反応のデータが登録され且つこれらのデータの前記仮想分子構造が前記反応中心原子対以外の原子を削除した構造である第２の反応データベースを更に備え、
前記分子構造作成手段では、前記反応中心原子対の原子間を接続した第１の仮想分子構造のデータと、この第１の仮想分子構造から前記反応中心原子対以外の原子を削除した第２の仮想分子構造のデータを作成しており、
前記化学反応検索手段では、前記第２の反応データベースにアクセスして、前記第２の仮想分子構造のデータと少なくとも一部が一致する前記化学反応のデータを検索し、さらに、この検索で絞り込まれた前記化学反応のデータのみを対象にして前記第２の反応データベースにアクセスし、前記第１の仮想分子構造のデータと完全に一致する前記化学反応のデータを検索している請求項６記載の反応検索装置。 - 前記出発物質及び前記生成物質を構成する１の原子についての前記化学的環境は、前記１の原子に結合している原子の数、前記１の原子に結合している原子の種類、前記１の原子に結合している原子との間の結合の種類および前記１の原子の荷電状態であり、
前記原子の対において原子の化学的環境を調べて、該化学的環境の少なくとも１つが変化している原子の対を反応中心原子対としている請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の反応検索装置。
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