JP7416256B2 - 化合物置換プログラム、方法、装置 - Google Patents
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Description
本発明は、化合物置換技術に関する。
化学の分野では、化合物名をキーに指定して特許公報や論文等の文書を検索することがある。その際、キーに指定した化合物名が示す化合物だけでなく、当該化合物と類似の構造を持つ化合物に関する文書を得ることは有用である。これに対し、従来、キーに指定した化合物名が示す化合物と類似の構造を持つ化合物を特定し、特定した化合物に関する文書を検索するための技術が提案されている。
しかしながら、従来の技術では、実在しない化合物への置換を抑制することが難しい場合があるという問題がある。
例えば、従来の技術によれば、第１の化合物の部分構造を、同じ上位概念に属する下位概念に相当する部分構造に置き換えることで、第１の化合物と類似の構造を持つ第２の化合物を得ることができる。具体的には、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）プロパン」（別称：ビスフェノールＡ）のプロピルを、他のアルキル基に置き換えることで類似の化合物を得ることができる。
ここで、従来の技術によれば、ビスフェノールＡのプロピルを単にブチルに置き換えた、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）ブタン」という化合物が得られる。一方で、従来の技術では、命名規則に従って「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）ブタン」と命名されるような化合物が、実際に存在可能であることは保証されない場合がある。
１つの側面では、実在しない化合物への置換を抑制することを目的とする。
１つの態様において、化合物置換プログラムは、第１の化合物に含まれる第１の部分構造を特定する処理をコンピュータに実行させる。化合物置換プログラムは、複数の部分構造間の関係を示す情報を参照し、第１の部分構造に関連する第２の部分構造を選択する処理をコンピュータに実行させる。化合物置換プログラムは、選択された第２の部分構造の示性式に基づいて、第２の部分構造における結合位置を特定する処理をコンピュータに実行させる。化合物置換プログラムは、特定された結合位置に基づいて、第１の化合物の第１の部分構造を第２の部分構造に置き換えることにより得られる第２の化合物を示す情報を生成する処理をコンピュータに実行させる。
１つの側面では、実在しない化合物への置換を抑制できる。
以下に、本発明に係る化合物置換プログラム、方法、装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。また、各実施例は、矛盾のない範囲内で適宜組み合わせることができる。
図１を用いて、実施例に係る化合物置換装置の構成を説明する。図１は、化合物置換装置の構成例を示す図である。図１に示すように、化合物置換装置１０には、化合物名が入力される。また、化合物置換装置１０は、類似化合物名を出力する。
図１に示すように、化合物置換装置１０は、入力部１０１、解析部１０２、部分構造特定部１０３、探索部１０４、選択部１０５、結合位置特定部１０６、示性式取得部１０７及び結合位置修正部１０８を有する。また、化合物置換装置１０は、立体構造生成部１０９、確認部１１０及び出力部１１１を有する。また、化合物置換装置１０は部分構造辞書情報１５１を記憶する。
入力部１０１は、化合物名の入力を受け付ける。解析部１０２は、入力された化合物名を解析する。例えば、図２に示すように、解析部１０２は、入力された化合物名が示す化合物を、部分構造へ展開する。図２は、構造が類似する化合物を得る処理を説明する図である。
図２の例では、入力部１０１は、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）プロパン」という文字列の入力を受け付ける。２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）プロパンは、第１の化合物の一例である。
解析部１０２は、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）プロパン」という文字列を基に、プロパンに対し２つのフェニルが結合し、さらに各フェニルにヒドロキシが結合した構造を得る。図２のように、解析部１０２は、ツリー形式のデータで構造を表してもよい。
部分構造特定部１０３は、第１の化合物に含まれる第１の部分構造を特定する。例えば、部分構造特定部１０３は、他の部分構造に置き換えたときの化合物としての性質への影響がなるべく小さい部分構造を第１の部分構造として特定することができる。図２の例では、部分構造特定部１０３は、第１の部分構造としてプロパンを特定する。
探索部１０４は、第１の部分構造をキーとしてナレッジグラフを探索する。ナレッジグラフは、化合物の部分構造の上位概念及び下位概念の関係を表したグラフである。図２のナレッジグラフは、アルキル基の下位概念としてメチル、エチル、プロピル及びブチルが存在することを表している。言い換えると、図２のナレッジグラフは、メチル、エチル、プロピル及びブチルの共通の上位概念としてアルキル基が存在することを表している。
探索部１０４は、化合物名における第１の部分構造の名称を置換基の名称に変換してナレッジグラフの探索を行う。図２の例では、探索部１０４は、第１の部分構造の名称である「プロパン」を、対応する置換基の名称である「プロピル」に変換する。
選択部１０５は、複数の部分構造間の関係を示す情報を参照し、第１の部分構造に関連する第２の部分構造を選択する。複数の部分構造間の関係を示す情報は、例えばナレッジグラフのアルキル基を上位概念に持つ下位概念の集合である。例えば、選択部１０５は、プロピルに関連する第２の部分構造として、ブチルを選択する。
さらに、選択部１０５は、選択した第２の部分構造の名称である「ブチル」を、化合物における部分構造の名称である「ブタン」に逆変換する。これにより、選択部１０５は、ブタンに対し２つのフェニルが結合し、さらに各フェニルにヒドロキシが結合した構造を得る。
選択部１０５によって得られた構造が示す化合物の名称は、単に第１の化合物の名称における「プロパン」を「ブタン」に置き換えると、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）ブタン」（別称：ビスフェノールＢ）と書ける。２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）ブタンという化合物は実在する。
ここで、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）Ｘ」とは、Ｘというアルキル基に対する２つの４‐ヒドロキシフェニルの結合位置が、両方とも２番目の炭素であることを意味する。そのことを踏まえて、選択部１０５が、第２の部分構造として、ブタンではなくメタンを選択した場合を考える。このとき、ブタンを選択した場合と同様の処理を行うことで、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）メタン」という化合物の名称が得られる。
一方で、メタンには１つしか炭素が含まれていないため、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）メタン」という名称は矛盾している。このため、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）メタン」という名称の化合物は存在不可能である。そこで、化合物置換装置１０は、以下に説明する処理により、メタンに対し２つのフェニルが結合し、さらに各フェニルにヒドロキシが結合した構造を持った存在可能な化合物を得る。
結合位置特定部１０６は、選択された第２の部分構造の示性式に基づいて、第２の部分構造における結合位置を特定する。示性式は、示性式取得部１０７によって部分構造辞書情報１５１から取得される。部分構造辞書情報１５１は、部分構造の名称と示性式とを対応付けた情報である。
例えば、メタンの示性式はＣＨ４であり、１番目の炭素から最大４つの水素を引き抜くことができるため、結合位置特定部１０６は、メタンの結合位置が１番目の炭素であることを特定する。
また、例えば、エタンの示性式はＣＨ３ＣＨ３であり、各炭素からそれぞれ最大３つの水素を引き抜くことができるため、結合位置特定部１０６は、エタンの結合位置が１番目と２番目の炭素であることを特定する。また、例えば、ブタンの示性式がＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３であり、各炭素から少なくとも２つの水素を引き抜くことができるため、結合位置特定部１０６は、ブタンの結合位置が１番目から４番目の炭素であることを特定する。このように、結合位置特定部１０６は、選択された第２の部分構造を構成する原子の種類及び原子価に基づき、複数の結合位置の候補を特定することができる。
前述の通り、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）メタン」という名称の化合物は存在不可能である。このため、結合位置修正部１０８は、結合位置特定部１０６によって特定された結合位置に基づき、化合物の名称を、存在可能な化合物の名称である「１，１‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）メタン」に修正する。また、メタンには炭素が１つしか含まれていないため、「１，１‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）メタン」の「１，１－」は省略されてもよい。その場合の化合物の名称は「ビス（４‐ヒドロキシフェニル）メタン」である。
立体構造生成部１０９は、特定された結合位置に基づいて、第１の化合物の第１の部分構造を第２の部分構造に置き換えることにより得られる第２の化合物を示す情報を生成する。また、確認部１１０は、特定された結合位置に基づいて、第１の化合物の第１の部分構造を第２の部分構造に置き換えることにより得られる第２の化合物が、立体構造として存在可能であるか否かを確認する。さらに、立体構造生成部１０９は、第２の化合物が立体構造として存在可能であることが確認された場合、第２の化合物を示す情報を生成する。
第２の部分構造がエタンである場合、第２の化合物には、１，１‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）エタン（別称：ビスフェノールＥ）、１，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）エタン、２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）エタンがある。例として、１，１‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）エタンの立体構造を図３に示す。図３は、化合物の立体構造の例を示す図である。
確認部１１０は、図３に示すような立体構造を基に、原子の位置及び大きさを考慮し、部分構造同士が衝突しないか等を確認する。これにより、確認部１１０は、化合物の存在可能性をチェックする。
結合位置修正部１０８によって得られた化合物の名称である「１，１‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）メタン」の立体構造を図４に示す。図４は、化合物の立体構造の例を示す図である。
ここで、図５に示すように、確認部１１０は、炭素骨格をサンプリングして、炭素を点、結合を線でモデル化する。図５は、立体構造のモデル化を説明する図である。さらに、図６に示すように、確認部１１０は、線の間の角度が最大になるようにして、立体構造を平面に写像する。図６は、立体構造の平面への写像を説明する図である。なお、ベンゼン環は六角形なので平面での炭素原子間の角度は１２０°となる。このように、確認部１１０は、サンプリングの仕方によってスコープを変えることで、本来３次元のものを２次元に写像できる。
さらに、図６に示すように、確認部１１０は、写像した平面の座標系を設定し、点（ｘ０，ｙ０）と線ｙ＝ａｘとの間の距離ｄを（１）式のように計算する。
確認部１１０は、全ての点について、距離が炭素の半径以上となるａが存在する時、第２の化合物は原子間の衝突がないと判断する。出力部１１１は、確認部１１０によって原子間の衝突がないと判断された第２の化合物の名称を、第１の化合物の類似化合物名として出力する。例えば、化合物置換装置１０は、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）プロパン」という文字列の入力を受け付け、「１，１‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）エタン」という文字列を出力することができる。
図７は、類似する化合物を得る処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、まず、入力部１０１は、第１の化合物の入力を受け付ける（ステップＳ１０１）。次に、解析部１０２は、第１の化合物名を解析する（ステップＳ１０２）。そして、部分構造特定部１０３は、第１の化合物の第１の部分構造を特定する（ステップＳ１０３）。
探索部１０４は、第１の部分構造に類似する第２の部分構造を探索する（ステップＳ１０４）。探索の結果、第２の部分構造なかった場合（ステップＳ１０５、Ｎｏ）、化合物置換装置１０は、処理を終了する。一方、探索の結果、第２の部分構造あった場合（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）、選択部１０５は、第１の化合物の第１の部分構造に関連する第２の部分構造を選択する（ステップＳ１０６）。
ここで、結合位置特定部１０６は、第２の部分構造の結合位置を特定する（ステップＳ１０７）。そして、示性式取得部１０７は、第２の部分構造の示性式を取得する（ステップＳ１０８）。
結合位置修正部１０８は、示性式に基づく化合物の名称の候補のうち未選択のものを選択する（ステップＳ１０９）。選択した名称に矛盾ある場合（ステップＳ１１０、Ｙｅｓ）、結合位置修正部１０８は第２の化合物における第２の部分構造の結合位置を修正する（ステップＳ１１１）。一方、選択した名称に矛盾ない場合（ステップＳ１１０、Ｎｏ）、立体構造生成部１０９へ移行する。
立体構造生成部１０９は、第２の化合物の立体構造を生成する（ステップＳ１１２）。ここで、確認部１１０は、立体構造が存在可能か否かを確認する（ステップＳ１１３）。立体構造が存在可能でない場合（ステップＳ１１３、Ｎｏ）、確認部１１０はステップＳ１１５へ進む。一方、立体構造が存在可能である場合（ステップＳ１１３、Ｙｅｓ）、出力部１１１は、置換によって得られた第２の化合物の情報を出力する（ステップＳ１１４）。
未選択の部分構造がある場合（ステップＳ１１５、Ｙｅｓ）、結合位置修正部１０８はステップＳ１０９に戻り処理を繰り返す。未選択の部分構造がある場合（ステップＳ１１５、Ｎｏ）、化合物置換装置１０は処理を終了する。
上述したように、部分構造特定部１０３は、第１の化合物に含まれる第１の部分構造を特定する。選択部１０５は、複数の部分構造間の関係を示す情報を参照し、第１の部分構造に関連する第２の部分構造を選択する。結合位置特定部１０６は、選択された第２の部分構造の示性式に基づいて、第２の部分構造における結合位置を特定する。立体構造生成部１０９は、特定された結合位置に基づいて、第１の化合物の第１の部分構造を第２の部分構造に置き換えることにより得られる第２の化合物を示す情報を生成する。このように、化合物置換装置１０は、部分構造を置換した化合物について、立体構造を考慮した情報を生成することができる。その結果、本実施例によれば、実在しない化合物への置換を抑制することができる。
結合位置特定部１０６は、選択された第２の部分構造を構成する原子の種類及び原子価に基づき、複数の結合位置の候補を特定する。これにより、矛盾する構造の化合物を除外し、存在可能な化合物を候補として得ることができる。
確認部１１０は、特定された結合位置に基づいて、第１の化合物の第１の部分構造を第２の部分構造に置き換えることにより得られる第２の化合物が、立体構造として存在可能であるか否かを確認する。立体構造生成部１０９は、第２の化合物が立体構造として存在可能であることが確認された場合、第２の化合物を示す情報を生成する。このように、確認部１１０は、立体構造として存在可能か否かを確認する。これにより、存在不可能な化合物を除外できる。
本実施例は、例えば化合物名で文書の検索を行う場合に有効である。化学分野における文書検索では、キーワードとして名称を入力した化合物の異表記（別称、化学式、ＳＭＩＬＥＳ等）や、構造が完全に一致するわけではないが、類似した構造や性質を持つ化合物についても考慮したい場合がある。
例えば、入力した化合物と類似の化合物をキーに含めて検索できれば、特許文献間の類似度判定を行う場合にも有効である。一方で、例えば、化学分野の特許文献では、化合物名の羅列やマーカッシュクレーム等により、多数の化合物が関連付けて扱われる場合があり、検索の際にはそれらを化合物群としてとらえることで、より有益な検索結果が得られることが考えらえる。また、特許文献において化合物群全体がマーカッシュ形式で書かれ、具体的な個々の化合物名はわずかしか書かれない場合もある。さらに、化合物名で検索を行う場合に、それを含む化合物群を定義することは、専門的な知識と時間と労力が必要であり、見落としがあると検索漏れの原因となる。
本実施例によれば、例えば、「２，２‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）プロパン」という入力に対して、類似化合物の名称である「１，１‐ビス（４‐ヒドロキシフェニル）メタン」を得ることができる。このとき、存在不可能な化合物は類似化合物から除外される。これにより、本実施例によれば、より有益な検索結果を得るためのキーワードとして利用可能な化合物の名称を得ることができる。
上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。また、実施例で説明した具体例、分布、数値等は、あくまで一例であり、任意に変更することができる。
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散や統合の具体的形態は図示のものに限られない。つまり、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行われる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵ及び当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
図８は、ハードウェア構成例を説明する図である。図８に示すように、化合物置換装置１０は、通信インタフェース１０ａ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０ｂ、メモリ１０ｃ、プロセッサ１０ｄを有する。また、図８に示した各部は、バス等で相互に接続される。
通信インタフェース１０ａは、ネットワークインタフェースカード等であり、他のサーバとの通信を行う。ＨＤＤ１０ｂは、図１に示した機能を動作させるプログラムやＤＢを記憶する。
プロセッサ１０ｄは、図１に示した各処理部の処理を実行するプログラムをＨＤＤ１０ｂ等から読み出してメモリ１０ｃに展開することで、図１等で説明した各機能を実行するプロセスを動作させるハードウェア回路である。すなわち、このプロセスによって、化合物置換装置１０が有する各処理部の機能が実現される。具体的には、プロセッサ１０ｄは、解析部１０２、探索部１０４、選択部１０５、結合位置特定部１０６、結合位置修正部１０８、立体構造生成部１０９、確認部１１０等の機能を実現するためのプログラムをＨＤＤ１０ｂ等から読み出す。そして、プロセッサ１０ｄは、プログラムに含まれる複数の命令に基づいて、解析部１０２、探索部１０４、選択部１０５、結合位置特定部１０６、結合位置修正部１０８、立体構造生成部１０９、確認部１１０等を実現する。
このように化合物置換装置１０は、プログラムを読み出して実行することで化合物置換方法を実行する情報処理装置として動作する。また、化合物置換装置１０は、媒体読取装置によって記録媒体から上記プログラムを読み出し、読み出された上記プログラムを実行することで上記した実施例と同様の機能を実現することもできる。なお、この他の実施例でいうプログラムは、化合物置換装置１０によって実行されることに限定されるものではない。例えば、他のコンピュータ又はサーバがプログラムを実行する場合や、これらが協働してプログラムを実行するような場合にも、本発明を同様に適用することができる。
このプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ（Magneto－Optical disk）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することができる。
１０ 化合物置換装置
１０１ 入力部
１０２ 解析部
１０３ 部分構造特定部
１０４ 探索部
１０５ 選択部
１０６ 結合位置特定部
１０７ 示性式取得部
１０８ 結合位置修正部
１０９ 立体構造生成部
１１０ 確認部
１１１ 出力部
１５１ 部分構造辞書情報
１０１ 入力部
１０２ 解析部
１０３ 部分構造特定部
１０４ 探索部
１０５ 選択部
１０６ 結合位置特定部
１０７ 示性式取得部
１０８ 結合位置修正部
１０９ 立体構造生成部
１１０ 確認部
１１１ 出力部
１５１ 部分構造辞書情報
Claims (5)
- 第１の化合物に含まれる第１の部分構造を特定し、
複数の部分構造間の関係を示す情報を参照し、前記第１の部分構造に関連する第２の部分構造を選択し、
選択された前記第２の部分構造の示性式に基づいて、前記第２の部分構造における結合位置を特定し、
特定された前記結合位置に基づいて、前記第１の化合物の前記第１の部分構造を前記第２の部分構造に置き換えることにより得られる第２の化合物を示す情報を生成する、
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする化合物置換プログラム。 - 前記特定する処理は、選択された前記第２の部分構造を構成する原子の種類及び原子価に基づき、複数の結合位置の候補を特定する処理を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の化合物置換プログラム。 - 特定された前記結合位置に基づいて、前記第１の化合物の前記第１の部分構造を前記第２の部分構造に置き換えることにより得られる第２の化合物が、立体構造として存在可能であるか否かを確認する、
処理を前記コンピュータに実行させ、
前記生成する処理は、前記第２の化合物が立体構造として存在可能であることが確認された場合に実行される、
ことを特徴とする請求項１に記載の化合物置換プログラム。 - 第１の化合物に含まれる第１の部分構造を特定し、
複数の部分構造間の関係を示す情報を参照し、前記第１の部分構造に関連する第２の部分構造を選択し、
選択された前記第２の部分構造の示性式に基づいて、前記第２の部分構造における結合位置を特定し、
特定された前記結合位置に基づいて、前記第１の化合物の前記第１の部分構造を前記第２の部分構造に置き換えることにより得られる第２の化合物を示す情報を生成する、
処理をコンピュータが実行することを特徴とする化合物置換方法。 - 第１の化合物に含まれる第１の部分構造を特定し、
複数の部分構造間の関係を示す情報を参照し、前記第１の部分構造に関連する第２の部分構造を選択し、
選択された前記第２の部分構造の示性式に基づいて、前記第２の部分構造における結合位置を特定し、
特定された前記結合位置に基づいて、前記第１の化合物の前記第１の部分構造を前記第２の部分構造に置き換えることにより得られる第２の化合物を示す情報を生成する、
制御部を含むことを特徴とする化合物置換装置。
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