JPS6285331A - 化学物質の合成経路の設計処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、化学物質の合成経路の設計処理方法方法に関
するものであり、さらに詳しくは、記録保存された化学
反応情報に基づいて化学物質の合成経路を設計処理する
方法に関するものである。

［発明の技術的背景］ 近年において、コンピュータの発達に伴ない、化学物質
、特に有機化合物の構造情報の記録方法について各種の
方法が提案され、利用されつつある。今１］までに研究
され、解明された有機化合物および有機化学反応は膨大
な量にのぼるが、これらの既知の情報を有効に利用して
公知の化学物質または化学反応を短時間のうちに検索し
たり、さらには公知物質または所望の特性を有する新規
物質の合成方法を見い出すことが望まれている。そのた
めには、化学物質および化学反応の表現形態として、技
術者にとってその構造的特徴を把握することが容易な従
来の化学構造式の代りに、コンピュータが処理できる（
すなわち、コンピュータが論理判断しうる）表現形態を
開発し、利用することが要求されている。

化学物質の記録方法としては、Ｗ　Ｌ　Ｎ　（Ｗｉｓｗ
ｅｓｓｅｒ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｎｏｔａｔｉｏｎ　）など
の線型表記法および結合表による方法が代表的なもので
あり、その詳細はたとえば、Ｗ、Ｔ、Ｗｉｐｋｅ、　Ｓ
、Ｒ，Ｈｅ１ｌｅｒ、　Ｒ，Ｊ、Ｆａｌｄ＋５ａｎｎ、
　　Ｅ、Ｈｙｄｅ（Ｅｄｓ）　　：　　”Ｃｏｍｐｕｔ
ｅｒ　　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉ。

ｎ　　ａｎｄ　　Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ　　ｏｆ　
　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　　Ｉｎｆｏｒ層ａｔｉｏｎ”（Ｊ
ｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　ａｎｄ　５ｏｎｓ、　Ｎｅｗ　Ｙ
ａｒｋ、　１９７４）　［ウィプケ、ヘラ−、フェルト
マン、ハイド（編）：「化学情報のコンピュータ表現お
よび取扱い」（ジョンΦウィリーアンドサンズ社）］に
記載されている。結合表（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｔａ
ｂｌｅ）は、たとえば化学物質の構造式における各原子
の種類、それに結合する相手の原子および結合の種類な
どを一覧表にまとめたものであり、上記の線型表記法に
比べて化学物質を原子単位で検索することができるとの
利点がある。

また、化学物質の構造変化（化学反応）に関する情報を
記録する方法についても提案されているが、今までのと
ころ満足できる表現方法は知られていない、たとえば、
化学反応に関する情報を記録する方法として反応コード
による方法があり、具体的にはＪ、Ｖａｌｌｇ、　０．
５ｃｈｅｉｎｅｒ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｆｏｒｍａ
ｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ″、　Ｅ、Ａｓｈ、　Ｅ、　
Ｈｙｄｅ（Ｅｄｓ）、　（Ｅｌｌｉｓ　Ｈｏｒｗｏｏｄ
　Ｌｉｍ１ｔｅｄ、　１９７５）　ｐ、２４１−２５８
　　［パール、シャイナー：「化学情報システム」、ア
ッシュ、ハイド編（エリス・ホアウッド社）］に記載さ
れた方法、　）１．Ａ、Ｌｏｂｅｃｋ、　Ａｎｇｅｗ、
　Ｃｈｅｗ、　Ｉｎｔｅｒｎ。

Ｅｄ、　Ｅｎｇｌ、、　９．５７８（１９７０）　［ｏ
ベック、アンゲバンテ・ヒエミー・インターナシ賃ナル
やエディジョンΦイン争イングリッシュ］に記載された
方法、およびＨｊ、Ｚｉｅｇｌｅｒ、　Ｊ、　Ｃｂｅｍ
−１ｎｆ、　Ｃａｍｐｕｔ。

Ｓｃｉ、、　　１９．１４１（１９７９）　　［ジ−グ
ラ−、ジャーナル・オブ・ケミカル・インフォメーショ
ン・アンド・コンビューテーショナル・サイエンス］に
記載された方法などがある。この方法では化学反応表現
の観点が固定されているために、新しい化学反応が見い
出された場合に記録できないとの欠点がある。また、化
学物質の構造情報とその変化の情報とが別個の形態で記
録されているので有効な情報検索を行なうことができな
いとの欠点がある。

別に、化学物質の合成経路を設計する立場から案出され
た記録方法も知られている。たとえば。

Ｅｌ、Ｃｏｒｅｙ、　　Ｒ，Ｄ、Ｇｒａｍｅｒ、　　Ｗ
、Ｊ、Ｈｏｗｅ、　　Ｊ、　　Ａｍ、　　Ｃｈｅｒａ、
　Ｓａｃ、、　９４．４４０（１９７２）　　［コーリ
、クラマー。

ホウエ、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル０ソ
サエティ１．１．υｇｉ、　Ｊ、Ｂａｕｅｒ、　Ｊ、Ｂ
ｒａｕｄｔ。

Ｊ、Ｆｒ１ｅｄｒｉｃｈ、　　Ｊ、Ｇａｓｔｅｉｇｅｒ
、　　Ｌ、Ｊｏｃｈｕｍ、　　Ｗ、５ｃｈｕｂｅｒｔ、
　Ａｎｇｅｗ、　Ｃｈｅｗ、　Ｉｎｔｅｒｎ、Ｅｄ、　
Ｅｎｇｌ、、　１８．１１１（＋９７９）　　［ウギ、
バウアー、ブラウト、フリードリッヒ、ガスタイガー、
ジョッチャム、シューベルト、アンゲバンテ・ヒエミー
・インターナショナル・エディジョン・イン・イングリ
ッシュ］に記載された方法がある。しかしながら、この
方法は個々の化学反応を記録するのには適していない。

これまで、以上のような各種の表現形態を用１．Ｎて記
録保存された化学反応情報（化学反応ファイル）に基づ
いて、所望の化学物質の合成経路を設計することが行な
われている。すなわち、予め多数の化学反応および反応
に関連する情報をコンピュータに登録しておき、入手可
能な出発物質から最終目標の化学物質を合成する経路（
多段階に渡る連続反応）を短時間のうちに実現可能な範
囲で決定することが試られている。たとえば、数万個に
及ぶ化学反応ファイルを駆使して、合成目標の化合物の
前駆物質を順次具い出すことにより適合成（ｒｅｔｒｏ
ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）を行ない、目標物質の合成経路を
決定する。

この合成経路設計システムにおいて、目標物質もしくは
特定の出発物質のコンピュータへの入力および決定され
た合成経路の出力は、化学者が通常使い慣れている構造
式または三次元の構造図の形態で行なうことができるの
が望ましく、そして入力条件に基づくコンピュータ内で
の設計は結合表を利用した原子−結合追跡法（ａｔｏｍ
　ｂｙ　ａｔｏｍ）によって行なうのが望ましい、さら
に、膨大な情報の登録および；１′積は、多種多様な化
学構造を簡易に登録でき、かつ大きな記憶容量を占める
ことなく蓄積できる表現形態を利用して行ない、このコ
ンピュータ処理回部な表現形態と入出力に係る構造図と
の間で容易に相互変換できることが要求されている。

［発明の要旨］ 本発明は、化学反応情報を利用して特定の化学物質の合
成経路を設計するための新規な処理方法を提供すること
をその目的とするものである。

また本発明は、化学反応情報に基づいて特定の化学物質
の合成経路をコンピュータ処理が可能な表現形態によっ
て設計し、反応式の形態で表示記録するための処理方法
を提供することもその目的とするものである。

すなわち、本発明は、少なくとも一つの出発物質から少
なくとも一つの生成物質を生ずる多数の化学反応に関す
る情報に基づいて化学物質の合成経路を設計処理する方
法であって、 該化学反応に関する情報が、トポロジカルに重ね合わさ
れた該出発物質の構造と生成物質の構造との間で（１）
出発物質および生成物質に共通して存在するノード間の
結合、（２）出発物質のみに存在するノード間の結合お
よび（３）生成物質のみに存在するノード間の結合をそ
れぞれ区別して表わしてなる虚遷移構造、および／また
はこれらのノード間の結合と７−ドとに関する情報を含
む結合表として与えられ、そして、 ［１］目標物質を生成するための二段階以上の反応から
なる合成経路を該虚遷移構造および／または結合表に基
づいて決定することを特徴とする化学物質の合成経路の
設計処理方法； ［２］出発物質から目標物質に至る二段階以上の反応か
らなる合成経路を該虚遷移構造および／または結合表に
基づいて決定することを特徴とする化学物質の合成経路
の設計処理方法：および［３］出発物質の一段階以上の
反応経路を該虚遷移構造および／または結合表に基づい
て予測することを特徴とする化学物質の合成経路の設計
処理方法； をそれぞれ提供するものである。

本発明の方法によれば、虚遷移構造および／または結合
表として記録保存（登録）された膨大なψの化学反応情
報を利用して、入力設定条件に基づいて好適な処理を行
なうことにより、目的の化学物質の合成経路を自動的に
導き出すことができる。

本発明において虚遷移構造（ｉｍａｇｉｎａｒｙ　ｔｒ
ａｎｓｉｔｉｏｎ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　、以下にお
いてＩＴＳと略称する）とは、化学反応に関与する物質
の構造変化を、（１）出発物質のみに存在する結合、（
２）生成物質のみに存在する結合および（３）両者に共
通に存在する結合からなる三種類に区別して表わした二
次元もしくは三次元の構造図（図形）をいう。この構造
図は、化合物についての従来の構造式および三次元的構
造図に準じて技術者が視覚的になじみやす（、また容易
に理解できる形態で化学反応を表わすことができるもの
である。

また、結合表（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｔａｂｌｅ）は
、化学反応におけるノードの種類、該ノードに結合する
相手ノードおよび上記三種類に区別して表わしたこれら
ノード間の結合などの組合せからなる簡単かつ明瞭な一
覧表であり、そしてこの結合表は化学反応情報をたいし
て大きな容量を必要とせずに記録媒体に蓄積保存するこ
とができるものである。

特に、登録形態として結合表を用いることによりコンピ
ュータによる情報の処理が容易となり、化学反応の登録
を簡便に行なうことができるためこれらの情報の蓄積、
管理が容易となる。

上記虚遷移構造および結合表において、化学反応は基本
的に原子、原子団などからなるノードＣｍ、　ｍｏｄｅ
）とノードとの間の結合についての簡易な表現で表わさ
れ、かつ反応系におけるノード間の結合は上記三種類に
区別して表わされている。従って、コンピュータに登録
された虚遷移構造および結合表は反応系における結合の
変化を直接に表わしており、また化学反応のみならず反
応に関４する化学物質（反応の出発物質および生成物質
〕についての情報をも包含している。そのために、この
重遷移構造および／または結合表を利用して、合成しよ
うとする化学物質（目標物質）および／または原料物質
（出発物質）の合成経路（反応経路）を結合変化に着目
して容易に導き出すことができる。

また、本発明の方法によれば、目標物質および／または
出発物質の入力を従来より技術者が使い慣れている構造
式の形態で行なうことができる。

そして、構造式として入力された場合でも重遷移構造が
構造式に準じた形態であるために、構造式に含まれる官
能基の種類、置換位置、環構造などを容易に認識するこ
とができる。また、目標物質および／または出発物質が
ノードの種類とノード間の結合の種類とからなる組合せ
として入力された場合には容易に結合表の形態に変換す
ることかでさ、あるいは結合表としての直接の入力も簡
単に行なうことができる。さらに、目標物質および／ま
たは出発物質の入力の際にノードを任意に選択すること
ができるから、化学物質構造の認識を簡便にすることが
でき、合成経路設計を効率的に進めることができるもの
である。

特に、構造式の形態でグラフィックス等を介して入力さ
れた化学物質に基づいて、結合表を利用して原子単位で
その合成経路を予測し、決定することができる。また、
決定された合成経路を重遷移構造を介して二次元もしく
は三次元の構造図からなる反応式として表示記録するこ
とができる。

さらに、重遷移構造および／または結合表で表わされた
化学反応情報に種々の処理を施すことにより、反応に固
有な結合変化を表わす反応線、開環および閉環反応等に
特有な環構造などを抽出したり、個々の反応のみならず
複数の連続する反応（多段階反応）を一つの重遷移構造
および／または結合表にまとめたりして得られた情報を
、別種の反応情報としてコンピュータに登録することが
できるから、これらの付加的な情報ファイルを利用して
合成経路設計をより一層効率的に進めることができる。

また、決定された合成経路には、その出発物質および中
間生成物のみならず反応中心１反応条件等を含む反応特
性をも広く有意義に付は加えることができ、利用者の理
解判断を助けて最終的な合成経路の選択を容易にするも
のである。

決定された合成経路は、コンピュータ処理可能な結合表
の形態でもあるいは技術者が視覚的に理解しやすい重遷
移構造または反応式の形態でも得ることができ、得られ
た情報は白紙に記録したりブラウン管などの画面に表示
したり、更には適当な記録媒体に記録保存することがで
きる。

そして、登録された反応情報に基づいて論理的に可能な
合成経路を全て予測し、更には最も効率的な経路を決定
することができるため、化学合成に携わる技術者の最終
目的であり、その要望が大である複雑な構造を持つ有機
化合物の合成経路設計をコンピュータを利用して短時間
のうちに行ない、かつ密度の高い情報として得ることが
できる。

これらの利点に加えて、本発明の方法においては複雑な
化合物をある条件下で反応させた場合の反応機構および
反応生成物の予測（ｍｅｃｈａｎｉｓｔｉｃｅｖａｌｕ
ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｒｅａｃｔｉｏｎ
）も行なうことができる。さらに、得られた情報は、薬
品製造等にたずされる技術者にとって要望が大である化
学物質の構造解析、分子設計（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｍ
ｏｄｅｌｉｎｇ）などに有利に利用することが可能であ
る。

［発明の構成］ 本発明の化学物質の合成経路の設計処理方法（合成経路
設計システム）においては、ノード間の結合を出発物質
のみに存在する結合、生成物質のみに存在する結合およ
び両者に共通に存在する結合からなる三種類に区別して
表わした重遷移構造および／または結合表として記録保
存されている多数の化学反応情報をデータベースとして
、目標物質の合成経路または出発物質の反応経路を予測
決定する操作が行なわれ、これにより化学物質の合成経
路に関する情報が得られる。

本発明の設計処理方法において、データベースとして用
いられる化学反応に関する情報ファイルは、重遷移構造
および／または結合表としてコンピユータに記録保存（
登録）されている。

具体的に酢酸エチルを塩酸によって加水分解する反応を
例に挙げて説明する。

この化学反応は、 ＣＨ３ＣＯＯＣＨ２ＣＨ３＋　Ｈ２０＋　ＨＣ旦→ＣＨ
２ＣＯＯＨ＋　ＣＨ３ＣＨ２０Ｈ＋　ＨＣ旦（反応式１
） で表わされる０反応の虚遷移構造（Ｉ　ＴＳ）はたどえ
ば以下のように表わすことができる。

ここで、 ｉ）記号−は、出発物質および生成物質に共通して存在
する結合を表わし、 ｉ宜）記号十は、出発物質にのみ存在する結合を表わし
、そして １ｉｉ）記号・・・は、生成物質にのみ存在する結合を
表わしている。

すなわち、虚遷移構造（ＩＴＳ）とは、出発物質の構造
と生成物質の構造とをトポロジカルに重ね合わせて、各
ノード間の結合を上記ｉ）〜１ｉｉ）の三種類で区別し
た二次元もしくは三次元の構造をいう、なお、ｒトポロ
ジカルに重ね合わせる１とは具体的に、出発物質の構造
に現れるノードと生成物質の構造に現れるノードとを一
致させてこれらの構造を一つに組み合わせることをいう
。

本発明に係る虚遷移構造（ＩＴＳ）において、化学反応
に関午する物質の７−ドは、原糸（出発物質群）および
生成系（生成物質群）に含まれる原子を単位として表わ
されていてもよいし、あるいはメチル基［上記ノード（
１，）　、　（５）　］　、　メチレン基〔と記ノード
（４）］のような官能基などの原子団単位で表わされて
もよい、また、化学反応を表現するに際して、原糸およ
び生成系に現れるノードが一部省略して表わされていて
もよい。

また、三種類の結合の区別は上記ｉ）〜１ｉｉ）のよう
な記号による表示に限定されるものではなく。

たとえば数字（１，２，３）　ｈＪの簡単な文字による
表示、あるいは色彩（黒色、赤色、緑色）による色分は
表示など利用者が五感により判断でき。

かつコンピュータ処理が可能である限り、いかなる手段
が用いられていてもよい。

以ｒ本発明において、 ｉ）出発物質および生成物質に共通の結合（記号−）を
１無色の結合」と呼び、 １１）出発物質にのみ存在する結合（記号−４−）を「
出結合Ｊと呼び、 １■）生成物質にのみ存在する結合（記壮・・・）をｆ
大結合Ａと呼び、 そして、出結合と大結合とを総称してｒ有色の結合Ａと
呼ぶことにする。

具体的に１本発明における虚遷移構造に現れる結合の種
類を第１表にまとめて示す、なお、第１表において横の
数値は結合の出入の指標を意味する。

第１表において、たとえば記号「・・・」で表わされた
結合は里人結合（ｓｉｎｇｌｅ　１ｎ−ｂｏｎｄ）であ
って、一対の数字（０＋１）で表わすことができる。こ
こで、０は反応前の原系において結合が存在しないこと
を意味し、＋１は反応後の生成系において単結合が生じ
ていることを意味する。同様にして、ｉ　−１−Ｊで表
わされた結合は卓出結合（ｓｉｎｇｌｅ　ｏｕｔ−ｂｏ
ｎｄ　）であって（１−１）で表わし、反応前の原系に
おいて単結合が存在するが反応後の生成系において単結
合が消滅していることを意味する。また、（２−１）で
表わされる結合は卓出の二重結合（ｄｏｕｂｌｅ　ｂｏ
ｎｄ　ｓｉｎｇｌｙ　ｃｌｅａｖｅｄ）であり、「＝１
で表記される。

このように結合の種類はまた、一対の数字：（ａ、ｂ）
［ただし、ａは出発物質における結合多重度を表わす整
数であり、ｂは化−学反応における結合多重度の変化を
表わす整数である］で表わすことができ、この場合には
結合多重度が二以上であっても簡潔に表記することがで
きる。なお、（ａ、ｂ）の表記のうちコンマ（１）は省
略してもよい、また、この表記によれば、記憶容量をそ
れほど必要としなく、かつ直接にコンピュータ処理が可
能である点で化学反応の記録保存に特に好ましい。

化学反応はまた。各７−ド、該ノードに結合する結合相
手のノードおよび該ノード間の結合に関する情報を含む
結合表（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｔａｂｌｅ）として表
わすことができる。

上記エステルの加水分解反応についての結合表を第２表
に示す、なお、結合表は各ノードの二次元座標（ｘｙ座
標）に関する情報をも包含している。

第２表に示すように、結合表は加水分解反応に関与する
原糸（酢酸エチル、水、塩酸）および生成系（酢酸、エ
タノール、塩酸）について、全てのノード、その二次元
座標（ノード（１）を原点にとっである）、各ノードに
結合する全てのノードおよびこれらノード間の結合の種
類がノード番号順に記載された一覧表である。

なお、反応の虚遷移構造に基づいて結合表を作成するこ
とが可悌であり、逆に結合表が各ノードの位置情報を含
んでいる場合には結合表から虚遷移構造を作成すること
ができる。換言すれば、虚遷移構造と結合表とは、化学
反応情報の登録および表示形態として表裏一体の関係を
なすものと言える。

結合表には、上記のように各ノードの位置座標等に関す
る情報が併記されていてもよい、また。

虚遷移構造および／または結合表には付加情報として所
望により、各ノードの電荷および立体化学等に関する情
報；反応に関与する化学物質の各種の物性値、スペクト
ル情報；および反応のエンタルピー、温度、時間、使用
する触媒、雰囲気、反応相１反応の収率、副生成物の有
無等に関する情報が記載されていてもよい、さらに、虚
遷移構造および／または結合表には化学反応情報の蓄積
、管理および検索を容易にするために、各別に反応基、
反応番号などが付されているのが好ましい。

虚遷移構造および／または結合表のコンビュー夕への登
録は、コンピュータ内の丁記憶装置に記録保存すること
により行なってもよいし、あるいは適当な記録媒体（磁
気ディスク、光ディスク、磁気テープなど）を介して記
録保存してもよい。

また、登録された虚遷移構造および／または結合表は、
適当な記録装置によりプレインペーパーなど各種の記録
材料上に記録したり、あるいはコンピュータや電子ａ器
に接続したカラーブラウン管などに表示（グラフィック
ディスプレイ）することができる。

化学反応の表現形態および反応情報の登録、蓄積方法の
詳細については、本出願人による特願昭６０−１７７３
４５号および特願昭６０−１８０８７５号の各明細書に
記載されている。

このようにして虚遷移構造および／または結合表の形態
でコンピュータに登録された多数の化学反応についての
情報ファイルを利用して、特定の化学物質の合成経路は
以下に述べるような方法により予測決定される。

本発明に係る合成経路設計は、設定条件にょって以下の
三種類に大別することができる。

（Ｉ）目標物質を設定し、その合成経路を決定する （ｎ）出発物質および目標物質を設定し、その間の合成
経路を決定する （ＩＩＩ）出発物質を設定し、その反応経路を予測する まず、目標物質および／または出発物質の設定入力は、
従来の化学構造式、」二記の結合表あるいはこれらの組
合せの形態で行なわれる。入力が構造式の形態で行なわ
れた場合でも、この構造条件に基づいてコンピュータ処
理によりコンピュータ処理可能な結合表の形態に自動的
に変換することができ、好ましい方法である。

このとき、合成経路設計の効率を上げるために７−ドの
一部を原子団で表わしてもよいし、更にはノードおよび
結合種の表現として簡略化した文字、記号（ＨＡ−＝ハ
ロゲン、ＭＴ＝金属）を用いたり、芳香族、ヘテロ環な
どの条件を加えてもよい、また、官能基を電子吸引性グ
ループと電子供４性グループに分けてもよい、あるいは
、入力された構造式についてコンピュータ内で、官能基
の種類、置換位置、化学的性質、環の数と種類、大きさ
、それを構成する原子および結合などを認識（ｐｅｒｃ
ｅｐｔ　１ｏｎ）するような処理を行なってもよい、ま
た、原子単位で入力された化学構造にこの処理を行なっ
たのち適当な原子団単位にまとめてノードとして新たに
認識させることも可能である。この構造認識は、合成経
路設計、特に適合成解析において合成を効率的に進める
上で非常に重要な？Ｆ１備段階である。

入力は、通常のテレタイプライター、化学構造式が描け
るように工夫された化学用タイプライタ−などの文字端
末；およびキーボード、ジョイスティック、ライトペン
などを用いる画像端末（グラフィック端末）を利用して
行なうことができる。後者の画像端末はグラフィックデ
ィスプレイ−ヒに直接に二次元図形を描くことができる
点で利用しやすいものである。いずれの端末を利用する
場合でも質問形式で入力することができる。

次に、これらの設定条件に基づいて合成経路の予測およ
び決定を行なう。

合成経路設計の実施にあたり、虚遷移構造および／また
は結合表として登録されている反応情報ファイルから、
反応に関与する化学物質（すなわち、出発物質および生
成物質）が認識される。

上記エステルの加水分解反応を例にとれば、反応の出発
物質は、虚遷移構造（ＩＴＳＩ）から入結合（記号・・
・）を無視して無結合とみなすことにより、また生成物
質はＩＴＳＩから出結合（記号＋）を無視して無結合と
みなすことにより、それぞれ以下のような構造式として
導き出される。

原糸　　　　　（６） （７）　ＨＣｆＬ １度五　　　　（８） （７）Ｈ−０文 ＩＴＳが三次元の虚遷移構造である場合には、出発物質
および生成物質の構造は三次元の構造図として導き出さ
れる。

また、反応の結合表から、出発物質および生成物質に関
する結合表は以下に述べるような方法により導き出され
る。

たとえば、ノード間の結合が第２表に示したように一対
の数字（ａ、ｂ）［ただし、ａは出発物質における結合
多重度を表わす整数であり、ｂは化学反応における結合
多重度の変化を表わす整数である］で表わされている場
合には、出発物質は各ノード間の結合多重度をａとみな
すことにより、また生成物質は各ノード間の結合多重度
をａ＋ｂとみなすことにより、それぞれ導き出される。

具体的には、合成経路設計を行なう過程で、該昌する反
応の虚遷移構造および／または結合表についてこのよう
な処理を行なうことにより、該反応の出発物質を前駆物
質として記録する。

あるいは予め、データベースとなるＩＴＳ５よび／また
は結合表から原糸および生成系を抽出する操作［それぞ
れ、ｒ原糸への投影Ｊ　　（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　ｔ
ｏ　ｔｈｅ　ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｓｔａｇｅ、　Ｐ　Ｓ
と略称する）、ｒ生成系への投影Ｊ　　（ｐｒｏｊｅｃ
ｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｓｔａｇｅ
　、　Ｐ　Ｐと略称する）］を行ない、得られた出発物
質および生成物質についての情報は別に化学物質ファイ
ルとしてそれぞれコンピュータに登録しておいてもよい
。

化学物質情報の登録に際して、原糸および生成系の構造
図とともにＩＴＳを一緒に記録してもよいし、また情報
の蓄積および利用を容易にするために構造図および／ま
たは結合表ごとに物質番号あるいは物質名を付し−ても
よい。

ＰＳおよびＰＰ操作の詳細については１本出願人による
昭和６０年８月２２日出願の特願昭６０−　　　号明細
書に記載されている。

また、合成経路設計を容易にするために、予め反応のＩ
ＴＳおよび／または結合表について反応路、環構造など
を抽出する操作を行ない、得られた反応路および環構造
についての情報をそれぞれ別に反応路ファイルおよび環
構造ファイルとしてコンピュータに登録しておき、これ
らのファイルを反応形式のリストとして用いることによ
り合成経路設計を有利に進めることができる。

ここで、反応路（ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｓｔｒｉｎｇ　）
とは複数の高結合と入結合とが交互に連結してなる部分
反応構造をいい、反応に固有な結合の変化を表わすもの
である。

たとえば、上記エステルの加水分解反応（反応式１）を
例にとれば、ＩＴＳＩから高結合（記号＋）および入結
合（記号・・・）のみを抽出することにより得られる。

反応路はまた、 （２）　−（３）　＋（１０）−（１１）＋（８）　−
（７）　＋（２）なる文字列で表わすことができる。こ
こで、記号−は高結合を表わし、記号十は入結合を表わ
す。

また、反応路は反応の結合表からも抽出することができ
る。

なお、上記ＩＴＳＩにおいて反応路は一本であるが、反
応によっては反応路が二本以上であることもある。一般
に有機反応は、反応路の数によって分類することができ
る。一本の反応路を含むＩＴＳで表わされる有機反応を
一木諸反応（ｏｎａ−ｓｔｒｉｎｇ　ｒｅａｃｔｉｏｎ
　）と称する。同様に、二本の反応路および三本の反応
路を含むＩＴＳをそれぞれ、二本諸反応（ｔｗｏ−３ｔ
ｒｉｎｇ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　）および三本緒反応（ｔ
ｈｒｅｅ−ｓｔｒｉｎｇ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　）と称す
る。このことから反応路中位で反応を分割することがｕ
７能であり、逆に複数本の反応緒を有する反応は二段階
以上の連続反応であると看做することができる。

反応緒の抽出操作の詳細については、本出願人による昭
和６０年９月５日出願の特願昭６０−号明細書に記載さ
れている５ 特定の反応型、反応中心を有する反応を合成経路に含む
場合には、この反応諸ファイルを利用することにより設
計の効率を高めて処理時間を短縮化することができる。

また、環構造とはＩＴＳに現れる環状構造をいい１反応
に特有の表現を示すものである。

化学反応に関ケする環構造は以下の五種類に大別するこ
とができる。

（Ｉ）開環の環（ｒｉｎｇ　ｏｆ　ｒｉｎｇ　ｏｐａｎ
ｉＢ）開環の環は、ただ一つの高結合を含み、残りの結
合は全て無色の結合である環構造管いい、開環反応に対
応している。従って、開環の環を示す反応における出発
物質は環構造を有する。

（ＩＩ　）環開裂の環（ｒｉｎｇ　ｏｆ　ｒｉｎｇ　ｃ
ｌｅａｖａｇｅ　）環開裂の環は、二つ以上の高結合を
含み、残りの結合が全て無色の結合である環構造をいう
。従って、環開裂の環を示す反応における出発物質は環
構造を有する。

（ＩＩり閉環の環（ｒｉｎｇ　ｏｆ　ｒｉｎｇ　ｅ［ａ
、５ｕｒｅ）閉環の環は、一つの入結合を含み、残りの
結合が全て無色の結合である環構造をいい、閉環反応に
対応している。従って、閉環の環を示す反応における生
成物質は環構造を有する。

（ＩＶ）環生成の環（ｒｉｎｇ　ｏｆ　ｒｉｎｇ　ｆｏ
ｒｍａｔｉｏｎ）環生成の環は、二つ以上の入結合を含
み、残りの結合が全て無色の結合である環構造をいう、
従って、環生成の環を示す反応における生成物質は環構
造を有する。

（Ｖ）転位の環（ｒｉｎｇ　ｏｆ　ｒｅａｒｒａｎｇｅ
ａｅｎｔ　）転位の環は、環構造が一つの高結合と一つ
入結合とを含み、残りの結合が全て無色の結合である環
構造をいう。

具体的に、開環の環を例に挙げて説明する。

たとえば、ド記反応式２で表わされるエステルの加水分
解反応において、 →ＨＯ２Ｃ（ＣＨ２）　ｓ　ＣＯＯＨ ＋Ｃ２Ｈ５ＯＨ（反応式２） ＩＴＳは次のように表わされる。

まず、ＩＴＳ２から、無色および有色の全ての結合のう
ち結合が環状に連結して−っの環を構成している部分を
認識し、検出する。

得られた環構造（環１）は、一つの高結合と五つの無色
の結合とからなる六員環であり、開環の環である。

この閉環の環はまた、 なる文字列で表わすことができる。

また、環構造は反応の結合表からも直接に抽出すること
ができる。

上記五種類の環構造はたとえば、上記の（ａ。

ｂ）表記を利用して次のようにに類別することができる
。

無色および有色の結合はそれぞれ以ｆの条件：ｉ）無色
の結合：ａ≠０、 ａ＋ｂ≠０ ｉｉ）高結合：　　ａ≠０、ｂ＝ｏ、 ａ＋ｂ＝０ １ｉｉ）入結合：ａ＝Ｏ，ｂ≠０、 ＆＋ｂ　　≠　０ を満たすから、環構造は下記第３表に示すように類別さ
れる。なお、第３表において、環はｎ員環（ｎは正整数
である）であり、ｍは２≦ｍ＜ｎの範囲の正整数である
。

第３表 環構造　　　　　ａ＃Ｏａ＋ｂ＝Ｏａ＝０ａ＋ｂ≠Ｏ ｎ−１１０ ｎ−ｍｍ０ ｎ−１０１ １Ｖ　　　　　　　ｎ−ｍ　　　　Ｏｍｎ−２１１ ＶＩ　　　　　　　　ｎ　　　　　ＯＯなお、環構造ｖ
Ｉは、出発物質および生成物質のいずれにも環構造が変
化することなく存在する場合である。

この環抽出操作の詳細については、本出願人による昭和
６０年９月９日出願の特願昭６０−号明細書に記載され
ている。

開環反応、閉環反応など環構造の変化を伴なう反応を合
成経路に含む場合には、この環構造ファイルを利用する
ことにより更に一層設計効率を高めて処理時間を短縮化
することができる。

さらに、予め個々の反応のＩＴＳおよび／または結合表
に基づいて複数の連続する反応のＩＴＳおよび／または
結合表を作成する操作を行ない、得られた多段階反応の
ＩＴＳおよび／または結合表を別に多段階反応ファイル
としてコンピュータに登録しておき、合成経路設計に利
用することもできる。これにより、合成経路を数段階ま
とめて予測することが可能であり、設計効率を高めるこ
とができる。

多段階反応のＩＴＳおよび結合表は、たとえば上記（ａ
、ｂ）表記で表わされた各段階の単位反応ニついての結
合表に基づいて、下記の演算処理を行なうことにより得
られる。

すなわち、各段階の反応における各ノード間の結合が、
一対の数字（ａＸｔ、ｂｘ’）［ただし、ｉは１≦ｉ≦
ｎの範囲の正整数であり、ｎは全反応の絶膜階数を表わ
す２以上の正整数であり　ＢＸ＋はｉ段階の反応の出発
物質における結合多重度を表わす整数であり、ｂＸＩは
ｉ段階の反応における結合多重度の変化を表わす整数で
あり、モしてＸはノード間の結合を表わす］で表わされ
ているとき、 ａｘｊｋｗａｘｊ １）ｘｊｋ　＝　ｂｘ’＋　ｂＸｊ＋＋＋、・＋　ｂｘ
に一１＋ｂｘ’［ただし、ｊおよびｋはそれぞれ１≦ｊ
＜ｋ≦ｎなる条件を満足する正整数であり、ａｘｊｋは
ｊ段階からに段階までの反応の出発物質における結合多
重度を表わす整数であり、１）Ｘｊｋはｊ段階からに段
階までの反応における結合多重度の変化を表わす整数で
あり、モしてＸはノード間の結合を表わす］ なる結合の演算を行なうことにより、ｊ段階からに段階
までの反応に関する情報は（ａｘｊｋ。

ｂｘ”）として得られる。

また、連続する多段階反応を合成ルート属（ｒａａｃｔ
ｉｏｎ−ｒｏｕｔ’ｓ　ｃｌａｓＳｅｓ）として登録す
ることもできる。

たとえば、五段階よりなる逐次反応において、ＳＡＰ、
→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ、→Ｐ、　　　：ＦＲＢＣＤＥ （ここで、丑は五段階反応の合成空間を意味し、Ｓは五
段階反応の出発物質を意味し、Ｐ、〜Ｐｓは各段階の反
応の生成物質を意味する）各段階のＩＴＳおよび／また
は結合表をそれぞれ単にＡ、Ｂ、Ｃ１・・・で表わすと
、この逐次反応の合成ルート属は、第４表のようにファ
イルにしてまとめることができ、る。

第４表に示した合成ルート属ファイルにおいであるＩＴ
Ｓに着目すると、このＩＴＳより右側であってかつ下側
に位置するＩＴＳは全てこのＩＴＳの部分反応を表わし
ている。たとえば、ＤＣＨについてはＣＢ、Ｂ、ＤＣ，
ＣおよびＤがその部分反応を表わすＩＴＳであるといえ
る。

この合成ルート属ファイルを利用して合成経路設計を行
なった場合には、ＩＴＳ　（ＤＣＢ）が採用された（ヒ
ツトした）とき、該ファイルを解いてこのＤＣＢを得る
までの前段階の反応を全て出力させることができる。

多段階反応のＩＴＳおよび／または結合表作成操作の詳
細については、本出願人による昭和６０年９月１３日出
願の特願昭６０−　　　号明細書に記載されている。

以上に述べた化学反応についての各種の情報ファイルを
好適に利用することにより、合成経路設計は具体的に、
たとえば以下のような方法により行なわれる。

設定された目標物質について合成経路設計を行なう場合
には、まず、目標物質を反応の生成物質とみなし、起こ
りうる反応とともにその出発物質を見い出すことにより
目標物質の前駆物質（中間体）を検出する。出発物質Ａ
から生成物質Ｂを生じる単位反応（Ａ＋Ｂ）において、
この反応過程が合成と呼ばれるのに対し、Ｂ呻Ａの過程
は適合成（ｒｅｔｒｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）と称される
。このような適合成解析を順次行なうことにより、次々
と中間反応および中間生成物を見い出し、最終的に入手
可能な原料物質に到達することができる。

適合成解析を、第１図に示した合成樹の例を用いて具体
的に説明する。

たとえば、目標物質Ｔの前駆物質として適合成の可能性
があるＴ、−Ｔｉ（ただし、ｉは１以上の正整数である
）までの前駆物質が検出される。

次に、これらの前駆物質全てについて適合成の可能性を
追求する。たとえばＴ３についてはＴ３１〜Ｔ３ｊ（た
だし、ｊは１以上の正整数である）までの前駆物質が検
出され、さらにそのうちのＴ３２についてはＴ３２１−
　Ｔ３ｚｈ　　（ただし、ｋは１以上の正整数である）
までの前駆物質が検出される。このような操作を繰り返
すことにより、目標物質Ｔを頂点とした合を樹（ｓｙｎ
ｔｈｅｔｉｃ　ｔｒｅｅ）が完成する。

本発明の方法において合成経路設計を効率的に進めるた
めには、基本的にシステムが反応形式のリスト（例えば
、上記の反応績ファイルおよび環構造ファイルなどもそ
の一例である）と反応の難易度を評価するための手段と
を具備している必要カアル。ここで、反応形式のリスト
はシステムの守備範囲（いわゆる間口）を示し、難易度
の評価手段はシステムの緻密さく奥行）を示す。

複雑な構造を有する化合物の適合成においては、できる
だけ少ないステップで簡単な構造の原料物質に到達でき
るのが望ましく、そのためには反応形式のリストを活用
してできるだけ早い段階で目標物質の骨格を簡略化する
必要がある。

また、この合成樹を作成する過程において、複雑な目標
物質の場合には特に、前駆物質の幾何級数的な増加を防
いでより効率的な合成経路を見い出すために、中間生成
物を反応の難易度の評価手段を利用して適宜取捨選択す
ることが好ましＩ、Ｘ。

取捨選択は予め種々の判断条件を設定しておくことによ
り自動的に行なってもよいし、あるいは途中で適当な入
力手段を介して半自動的に行なってもよい０判断条件と
しては、反応部位周辺の置換基などの環境に依存した反
応性（立体障害、電気陰性度、反応のエンタルピー、収
率等）が挙げられる。さらに、反応情報ファイルが上記
のような付加情報を有する場合には１反応がバッチ式で
あるか連続であるか、固定相であるか流動相であるか、
副生成物の有無、酸化剤等の触媒、放射能等の環境雰囲
気を判断条件に加えることができる。

半自動的に行なう場合には、利用者とコンピュータとが
対話形式で構造式を介して行なうことができるのが好ま
しい。

この取捨選択は各段階ごとに行なう必要はなく、たとえ
ば難易度が累積的に設定値以下になった場合に自動的に
その経路が放棄されるようにしてもよい。

このような適合成操作を、前駆物質が入手可能な化合物
となるまで繰り返すことにより、目標物質の合成経路を
設計することができる。この一連の操作の終了について
も前駆物質の入手可能性についての適当な判断回路を設
けておくことにより、あるいは外部からの入力判断によ
り実施することができる。さらに、所望により、得られ
た複数の合成経路について、たとえば最大共通部分を保
持して進む経路、結合変化のより少ない経路などの適当
な判断条件を設定しておき、この判断回路を通すことに
より、より実現性の高い合成経路を選択して決定するこ
ともできる。

適合成操作の過程において、特に利用者による入力判断
を要する場合には、合成経路設計の進行状況を利用者に
知らせるために上記合成樹および各前駆物質の構造式を
グラフィックディスプレイにより画面上に表示できるの
が好ましい。

また、目標物質とともに出発物質も設定されている場合
には、上述の適合成操作を少なくとも一つの前駆物質が
この出発物質と一致するまで行なうことにより、あるい
は出発物質から始まる合成操作と目標物質から遡る適合
成操作とを組み合わせて行なうことにより、所望とする
合成経路を決定することができる。

また、出発物質のみが設定されている場合には、合成操
作を行なうことにより未知反応を含めた可能な反応を列
挙して予測することができる。

工業原料の合成法あるいは反応機構の可能性を残らず予
測しようとする場合などに有利に利用することができる
。さらには、複雑な化合物を一定の条件下で反応させた
場合にどのような反応機構でどのような反応生成物を生
じるかを予測することが可能である。

このようにして、特定の化学物質の合成経路設計を実施
することができる。そして、上記化学反応情報ファイル
が反応条件、副生成物の有無、収率、出発物質および生
成物質の物性など種々のデータおよび文献情報を付加情
報として含んでいる場合には、反応式等で表わされた合
成経路のみならずこれらの付加情報をも入手することが
できる。

以上の設計処理操作により得られた合成経路に関する情
報は、ＣＲＴなどのグラフィックディスプレイ上に反応
式として、更には虚遷移構造を組み合わせて二次元的に
もしくは三次元的に表示することができる。この際に、
出発物質および中間物質については、二次元の構造図と
して得られた構造情報を基にしてエネルギー計算（分子
力場計算など）により最適化された分子の三次元座標を
得るような操作を施すことにより、更に三次元の構造図
（三次元構造、空間充填図など）として得ることも可能
である。また、任意の角度から見た構造図をディスプレ
イ上に拡大または縮小して表示することもできる。

また、得られた情、報はプレインペーパーなどの適当な
記録材料上に記録（ハードコピー化）したり、磁気ディ
スクなどの適当な記録媒体に記録保存することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の方法に係る合成樹の例を示す図であ
る。 特許出願人　　富士写真フィルム株式会社代　理　人　
　弁理士　　柳　川　泰　男第１図 工

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一つの出発物質から少なくとも一つの生
   成物質を生ずる多数の化学反応に関する情報に基づいて
   化学物質の合成経路を設計処理する方法であって、 該化学反応に関する情報が、トポロジカルに重ね合わさ
   れた該出発物質の構造と生成物質の構造との間で（１）
   出発物質および生成物質に共通して存在するノード間の
   結合、（２）出発物質のみに存在するノード間の結合お
   よび（３）生成物質のみに存在するノード間の結合をそ
   れぞれ区別して表わしてなる虚遷移構造、および／また
   はこれらのノード間の結合とノードとに関する情報を含
   む結合表として与えられ、 そして、目標物質を生成するための二段階以上の反応か
   らなる合成経路を該虚遷移構造および／または結合表に
   基づいて決定することを特徴とする化学物質の合成経路
   の設計処理方法。 ２、上記虚遷移構造において、ノード間の結合が文字、
   記号、色彩またはこれらの組合せによって区別して表わ
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の化学物質の合成経路の設計処理方法。 ３、上記結合表において、ノード間の結合が一対の数字
   （ａ、ｂ）［ただし、ａは出発物質における結合多重度
   を表わす整数であり、ｂは化学反応における結合多重度
   の変化を表わす整数である］によって区別して表わされ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の化
   学物質の合成経路の設計処理方法。 ４、上記目標物質の合成経路を記録材料もしくは表示装
   置の画面上に表示記録することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の化学物質の合成経路の設計処理方法。 ５、少なくとも一つの出発物質から少なくとも一つの生
   成物質を生ずる多数の化学反応に関する情報に基づいて
   化学物質の合成経路を設計処理する方法であって、 該化学反応に関する情報が、トポロジカルに重ね合わさ
   れた該出発物質の構造と生成物質の構造との間で（１）
   出発物質および生成物質に共通しで存在するノード間の
   結合、（２）出発物質のみに存在するノード間の結合お
   よび（３）生成物質のみに存在するノード間の結合をそ
   れぞれ区別して表わしてなる虚遷移構造、および／また
   はこれらのノード間の結合とノードとに関する情報を含
   む結合表として与えられ、 そして、出発物質から目標物質に至る二段階以上の反応
   からなる合成経路を該虚遷移構造および／または結合表
   に基づいて決定することを特徴とする化学物質の合成経
   路の設計処理方法。 ６、上記虚遷移構造において、ノード間の結合が文字、
   記号、色彩またはこれらの組合せによって区別して表わ
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の化学物質の合成経路の設計処理方法。 ７、上記結合表において、ノード間の結合が一対の数字
   （ａ、ｂ）［ただし、ａは出発物質における結合多重度
   を表わす整数であり、ｂは化学反応における結合多重度
   の変化を表わす整数である］によって区別して表わされ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の化
   学物質の合成経路の設計処理方法。 ８、上記出発物質から目標物質に至る合成経路を記録材
   料もしくは表示装置の画面上に表示記録することを特徴
   とする特許請求の範囲第５項記載の化学物質の合成経路
   の設計処理方法。 ９、少なくとも一つの出発物質から少なくとも一つの生
   成物質を生ずる多数の化学反応に関する情報に基づいて
   化学物質の合成経路を設計処理する方法であって、 該化学反応に関する情報が、トポロジカルに重ね合わさ
   れた該出発物質の構造と生成物質の構造との間で（１）
   出発物質および生成物質に共通して存在するノード間の
   結合、（２）出発物質のみに存在するノード間の結合お
   よび（３）生成物質のみに存在するノード間の結合をそ
   れぞれ区別して表わしてなる虚遷移構造、および／また
   はこれらのノード間の結合とノードとに関する情報を含
   む結合表として与えられ、 そして、出発物質の一段階以上の反応経路を該虚遷移構
   造および／または結合表に基づいて予測することを特徴
   とする化学物質の合成経路の設計処理方法。 １０、上記虚遷移構造において、ノード間の結合が文字
   、記号、色彩またはこれらの組合せによって区別して表
   わされていることを特徴とする特許請求の範囲第９項記
   載の化学物質の合成経路の設計処理方法。 １１、上記結合表において、ノード間の結合が一対の数
   字（ａ、ｂ）［ただし、ａは出発物質における結合多重
   度を表わす整数であり、ｂは化学反応における結合多重
   度の変化を表わす整数である］によって区別して表わさ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の
   化学物質の合成経路の設計処理方法。 １２、上記出発物質の反応経路を記録材料もしくは表示
   装置の画面上に表示記録することを特徴とする特許請求
   の範囲第９項記載の化学物質の合成経路の設計処理方法
   。