特許文書からの化学物質情報の抽出
Recognizing Chemical Information in Patent Documents
株式会社富士通研究所
PROFILEＲ＆Ｄマネジメント本部

株式会社富士通研究所
PROFILE

1

知識情報処理研究所

池田紀子

企画部、技術士（応用理学部門 物理及び化学 )、材料の設計及び分析・分子モデリングの研究に従事。

田中一成

データアナリティクス PJ、特許情報の分析・読解支援の研究に従事。

はじめに対して、構造や名称の表記の記載が多様で表記方法が数多く点在する。化学の学問分野は、有機化学、無機化学、高分子化学などを始めとし、多くの専門分野が存在する。

化学分野の特許文書には、化学物質に関する多様・同じ化学物質であっても、専門分野や着目する性質など膨大な情報が蓄積されている。特許を理解するために、によって、様々な命名法や表記法が使われており、名称web やデータベースの化学物質データから重要な洞察が異なったり、表記が異なったりする。このため、化学を引き出すためには、予想以上に高度なスキルと多大な分野の専門家であっても、技術文書中の化学物質名から、労力が必要である。特許出願にあたっては、従来技術と異表記を同定し、その構造を示す化学式を認識することの差を明確に特定しなければならない。複数の特許からが難しく、全ての名称や表記を把握することは容易では化学物質の構成上の差や効果の差を明確に特定することない。

は、さらに難しい。化学物質データを検索し、その特徴例えば、有機化合物の「1- メトキシ -2- プロパノール」を把握することには労力を要する。このため、化学物質という化学物質名については、以下のような命名法によデータを効果的・効率的に収集・集約し、分析することる名称や慣用名と表記法による化学式や登録番号等があにより知識の発見や新たな価値を創造することの重要性る。

が認識されてきている。本稿では、化学分野の特許理解を支援する目的で、化学物質名と化学式の対応関係を抽（1）名称出し、可視化する手法について考案し、実証実験を行っ①命名法 [1,2]たので報告する。

・置換命名法（構造を表現する体系名）：
1- メトキシ -2- プロパノール2

化学物質名と化学式の特徴と課題

・付加命名法（体系名）：
1- メトキシ -2- ヒドロキシプロパン
・基官能命名法（構造を表現しない慣用名）：

2.1

特徴

化学物質は、様々な規則が用いられて、構造の表記や名称の命名が行われている。よって、一つの化学物質に

280

プロピレングリコールモノメチルエーテル、（原子団が 1 個存在することを表現するモノは省略可）プロピレングリコールメチルエーテル

構造が異なる異性体が、複数存在する。また、人手で作

ダウテルム 209、ダウサム 209、ドワノール 33B、られた辞書は高額な使用料がかかる場合もあり、調査やBYK-4510、NSC-2409

分析の支援として商用利用するには、知的財産権の問題①化学式（元素構成を表現）

上記のような背景は、特許や論文の調査を行う際、さ・組成式（元素組成を表現）：C4H10O2

らに、大きな障害となる。特に、研究領域の拡大から、・示性式（基を連結して分子構造を表現）：

他分野の技術を調査する研究者や、専門知識の十分でな

CH3OCH2CH（OH）CH3

い知財部門の担当者にとっては、コストや品質に影響す（特徴ある基を強調する目的で、略号を使って分子構る大問題である。これまでに、化学物質情報の理解を支造を表現、CH3=Me）：MeOCH2CH（OH）Me援する目的で、化学物質名と化学式の対応関係を抽出す・構造式（トポロジー的な関係を維持して分子構造を表る手法について考案し、実証実験を行ってきた [11]。

現）を図 1 に示す。炭素や水素は、省略されている

技術文書の調査や分析を行う場合、化学物質名に対応す場合がある。

る化学式の対応関係を得ることができれば、異命名や異表記を同定でき、たいへん有用な情報源となる。

3

化学物質名と化学式の集約

特許文書をコーパスとして用いて、有機化合物の化
図11- メトキシ -2- プロパノールの 3 種の構造式例

学物質名に対応する化学式を抽出し、データベースを作成した。さらに、有機化合物の命名規則を用いて、得ら②登録番号れた化学物質名と化学式の対応関係を部品化し、データ

・CAS 登録番号：107-98-2[4]ベースに蓄積した。それらの部品を組み合わせて利用す③整理番号ることで、特許文書から化学式を直接抽出できなかった

・官報公示整理番号（化審法：化学物質の審査及び製造

化学物質名について、新たに化学式を生成する手法を考等の規制に関する法律・安衛法：労働安全衛生法）：案した [11]。

2-404[5]・労働安全衛生法（通知対象物質）：第 496 号  プロピレングリコールモノメチルエーテル [6]3.1特許文書から直接抽出

特許庁は 1993 年以降の特許文書を電子化して発行している。この特許文書をコーパスとして用いて、化学2.2

課題

化学物質名の異表記問題を辞書で対処しようとした場

物質名と化学式の対応関係の抽出を試みた。特許文書中には、図 2 に示すように、化学物質名と化学式を対応合、次のような限界が指摘されている [7]。

づけられて記載されることがある。化学物質の中から、・日々、新しい物質が誕生 [8] するため、辞書の作成に炭素（C）骨格に水素（H）が結合した構造を基本構成

は労力が必要・表記に関する基準や方針が時代とともに変化 [9]とする有機化合物を選択した。
有機化合物について、化学物質名と化学式の対応関係・後発医薬品などにより慣用名（商品名）が増加を次のルールを用いて抽出した。

・表記法に自由度があるために、書き手が勝手に作成（1）片仮名、英数、「酸」などの一部の漢字、括弧が連・誤名称が発生 [10]さらに、同一の化学物質以外にも、同じ元素組成でも、続して並ぶ文字列を化学物質名の候補として抽出（2）括弧書きを利用して、化学物質名と化学式の対応関YEAR BOOK 2O15 281

データによる分析と評価が大きな障壁となる。

（2）表記

寄稿集３②慣用名 [3] や商品名

図2

特許明細書からの抜粋例：1- メトキシ -2- プロパノール

図3

特許明細書からの抜粋例：メトキシ基、2- ブタノール係の候補を抽出（3）化学式を英数文字と括弧のみと限定して、炭素（C）と水素（H）を含む場合のみを抽出（4）候補の中から開き括弧と閉じ括弧の数が合わないものを削除

3.3

部品から生成する化学式

元素は、原子価（ある原子が何個の他の原子と結合するかを表す数）を持っており、炭素（C）は 4、水素（H）は 1、酸素（O）は 2 である。例えば、「1- メトキシ」
CH3O と「2- プロパノール」CH3CH（OH）CH3 か（5）候補の中から数字＋単位のみのものを削除

ら、1- メトキシ 2- プロパノール CH3OCH2CH（OH）（6）化学物質名と化学式の両方の候補が英数字のみのもCH3 の化学式を生成する場合を考える。単純に足し合のを削除

わ せ た 場 合、CH3OCH3CH（OH）CH3 と な り、 誤

上記の抽出ルールを用いたところ、9630 の化学物りである。実際に結合する場合、原子価による制約で、質名と化学式の対応関係が抽出できたので、化学式の部プロパノールの水素が 1 つ引き抜かれて結合するので、品データベースに蓄積した。なお、前述した、「1- メトCH3OCH2CH（OH）CH3 となる。化学物質の構造キシ -2- プロパノール」に対応する化学式も図 2 に示を理解しやすいように、1- メトキシ -2- プロパノールすように、抽出できた。

（1）と 1- メトキシ -2- ブタノール（2）について、部品から生成する構造式（化学式）を図 4 に示す。

3.2

化学式の部品化命名規則を用いて、化学的に意味を持つように、化学物質名を化学式と対応付けて分割する。たとえば、「1メトキシ -2- ブタノール」を分割すると、「1- メトキシ」と「2- ブタノール」に部品化できる。部品化した化学物質名に対応づけて、部品の化学式を蓄積する。蓄積した部品の組み合わせで、新しい化学式を作ることができた。たとえば、図 3 に示すように、各々抽出できた「メトキシ基」CH3O と「2- ブタノール」CH3CH（OH）
CH2CH3 の化学式の部品を組み合わせることによって、「1- メトキシ -2- ブタノール」と化学式の対応関係を生成できると考えた。なお、化学物質名は、主骨格の母核と枝の置換基の構造を示す命名法を用いることが多い。

282

図4

部品から生成する構造式

から抽出できた 9630 の対応関係から、約 20 倍近く化学物質名と化学式の対応関係を増やすために、有機の 178838 の化学物質名と化学式の対応関係が生成化合物の命名規則などを化学式の部品生成ルールとしてできた。これらを化学式の部品データベースに蓄積した。

利用することにした。下記にその一例を示す。

ルールの再帰的適用例として、メタンの化学物質名と示・原子価を考慮性式の対応関係から部品を生成した例を図 5 に示す。

・水素 1 個を削除し、部分名の語尾を「タン（アン）」から「チル（イル）」に変換

ただし、上記の部品化ルールでは、未知部品の抽出を想定していない。そこで、差分から部品のバリエーショ・水素を「水酸基、ヒドロキシ基」（OH）に置き換えンを増やす方法を考案した。差分は、化学物質名と化学る場合、部分名の語尾を「ン」から「ノール（オール）」式の対応関係の既知部分を再帰的に削除した残りとしに変換た。この差分の化学物質名と化学式の対応関係も、化学・水素 1 個をハロゲン（塩素、フッ素…）1 個に置き式の部品データベースに蓄積した。差分から未知部品を換える場合、「クロロ、塩化」、「フルオロ、フッ化」

抽出した例として、チオールの部品生成を図 6 に示す。

…を付加

図 6 に示すように、抽出された化学物質名と化学式の・同じ基が 2 個では「ジ」、3 個では「トリ」に置き換対応関係から、既知部分の部分名と化学式を引いていき、えなど最後に残った部分の部分名「チオール」と化学式 SH

これらのルールを再帰的に適用することで、大量の部を対応付けて、化学式の部品データベースに登録し、さ品を生成することができる。ルールを適用する再帰回数

らに、部品のバリエーションを増やした。の限度を 3 回と設定して部品を作成すると、特許文書

図5

メタンの化学物質名と示性式の対応関係から部品生成

YEAR BOOK 2O15 283データによる分析と評価

化学式の部品データベースの作成

寄稿集３3.4

表1

実証実験の結果

次に、化学物質の大きさの違いによる正解率を比較し
図6差分による部品化例た。表１の結果から、炭素数が 10 個未満の化学物質41 個を対象とした場合と、炭素数が 10 ～ 14 個の化

4

化学式生成

学物質 20 個を対象とした場合を抽出して、正解率の比較を行った結果を表 2 に示す。
表2

化学物質の大きさによる実証実験の結果比較

新たな化学式を得ようとする時は、目的とする化学物
質名の文字列と前方一致で一致する部分名を探索する。
なお、文字列では、化学式特有の括弧やカンマなどの記載を解析する。一致する部分名が見つかった場合、一致する文字列を目的とする化学物質名から削除する。残りの文字列と前方一致する部分名を繰り返し探索する。体炭素数が 10 個未満の小さい方の化学物質を対象とし系的名称を用いて、見つかった部分名に対応する部分化た場合、特許データから直接抽出の手法では、約 3 割

学式をつなげることで、化学式を生成する。の化学物質で正解の化学式が得られた。①～④までの手法を全て用いると、約 7 割の化学物質で正解の化学式4.1

実証実験が得られた。一方、炭素数が 10 ～ 14 個の大きい方のこの手法について実証実験を行ったので報告する。入

化学物質を対象とした場合、①～④までの手法を全て用

力データは、「特定化学物質の環境への排出量の把握等いると、5 割弱の化学物質で正解の化学式が得られた。

及び管理の改善の促進に関する法律の別表第一」[12]

大きい方の化学物質では、④の差分による部品化によるから、有機化合物以外の化学物質名や慣用名を除いた、効果が高かった。全体として、小さい方の化学物質の方化学物質名 71 個を用いた。出力データと比較する正解が、正解の化学式が得られた。

データは、日本化学物質辞書 Web[3] や Wikipedia から引用した化学式を用いた。
複数の候補を出力した時、正解が含まれていれば、正5可視化解と評価した。正解の化学式が得られた化学物質名の数とその割合を、表 1 に示す。①特許文書から直接抽出

化学物質情報の理解を支援できるように、化学物質名できた情報では、約 2 割の化学物質で正解の化学式がと化学式の対応関係を可視化し、ツール化した [13]。

得られた。次に、②部品化ルールを追加して用いると、例として選択した特許明細書から、化学物質名を 622

約 4 割近くの化学物質で正解の化学式が得られた。さ個抽出した。その中から重複を削除したところ、355らに、③オプションの部品化ルールを追加し、④差分に個であった。この 335 個に番号付けした。化学物質名よる部品を使うと、約 5 割の化学物質で正解の化学式を抽出して番号付けすることで、同一の化学物質名を確が得られた。

認し易くした。特許明細書中の重要な情報を含む文脈を探す場合、「中でも」や「優れる」、「好ましい」等を含284

でも」や「優れる」、「好ましい」を含む特許明細書に、

図 8 のトリメチルホスフェートに着目し、表 4 に、「安≪ 28 ≫や≪ 18 ≫等ナンバー付けした表示例を示す。

定剤」をはじめとする機能や用途を示す。化学物質名と表 3 に、図 7 に出現する化合物名と各部品を主骨格の化学式の対応関係を用いて化学式を表示している。さら母核と枝の置換基の構造に整理してリスト化した表示例に、各機能や用途で出現頻度数の多い 3 つの化合物もを示す。部品のデータベースを利用することで、化学代替物質として表示している。表 4 のように、物質の物質名を意味ある単位に分割できるようになった。表機能や用途を整理することで、一目瞭然に、特許中の化3 から、置換基のバリエーションは、ほぼ 2 パターン、合物群の効果を把握できる。さらに、出願範囲の拡大や母核のバリエーションはアダマンタンとその他と多様不足部分の確認も可能になる。

である。表 3 のように、物質の構造を整理することで、本手法により、元データを損なうことなく視覚化でき、一目瞭然に、特許中の化合物群の特徴を把握できる。さ大量の化合物群のグループ分けが自動化でき、類型化とらに、抜けや誤りも発見可能になる。

比較を行う読解作業の効率向上に繋がることがわかっ

次に、化学物質の効果を抽出した。特許明細書中の機た。今後の課題は、化合物名 DB の拡充、物性値や単能や用途の情報を含む文脈を探す場合、「○○剤」や「XX位を含む化合物名の読解、別称 DB 作成、化学式との材」等を含む部分を目安として用いることができる。図

連携等が挙げられる。

図7

図8

特許明細書にナンバー付けした表示例

特許明細書からの抜粋例：安定剤

YEAR BOOK 2O15 285

データによる分析と評価

8 に、「安定剤」を含む特許明細書からの抜粋例を示す。

寄稿集３

む部分を目安として用いることができる。図 7 に、「中6

表3

化学物名と部品リスト

表4

機能や用途と代替物質おわりにの結果、これらの手法を組み合わせることで、実験データの半分程度までカバーできるようになった。よって、化学物質名と化学式の対応関係の抽出には、本手法が有特許文書をコーパスとして用いることで、有機化合効だと考える。本手法は発展途上であり、正解率向上に物の化学物質名と化学式の対応関係を抽出できた。まは、専門分野ごとのカスタマイズが必須と考える。また、

た、化学物質の命名規則を元に作成した部品化ルールにLinked Open Data（LOD）の発展などが、化学情報（製よって、化学物質名と化学式の対応関係を増やすことが造方法、化学反応、パラメータ、用途など）抽出のブレできた。部品のデータベースを利用することで化学物質イクスルーを生み出す可能性になりそうだと考える。

名を意味ある単位に分割できるようになった。実証実験

286

寄稿集３

参考文献
[1] 国際純正および応用化学連合 International Unionof Pure and Applied Chemistry（IUPAC）で制定

データによる分析と評価した化合物の命名法規則<http://www.iupac.org/nc/home/publications/
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nikkaji_web>[4] Chemical Abstracts Service A division of theAmerican Chemical Society<http://www.

cas.org/>[5] 化学物質総合情報提供システム（CHRIP）<http://www.safe.nite.go.jp/japan/db.html>[6] 安衛法における表示・文書交付制度 p.44（2014）<http://www.mhlw.go.jp/new-info/kobetu/
roudou/gyousei/anzen/dl/130813-01-02.
pdf>[7] 藤井敦，田中るみ子 : 特許検索における化学物質名の異表記同定に向けた考察，Japio YEAR BOOK
2010，p.182-187（2010）[8] Chemical Abstracts Service<https://www.

cas.org/>[9] 新しい IUPAC 有機化合物命名法 2013 勧告における主要な変更 , 化学と工業 Vol.68-4 April（2015）[10] 労働安全衛生法の新規化学物質名称公表告示の改正について（お知らせ）<http://www.mhlw.go.jp/bunya/roudoukijun/
anzeneisei06/20120313.html>[11] 池田紀子，田中一成 : 特許文書からの化学物質情報の抽出，第３回特許情報シンポジウム，p.119-124（2014）[12] 特定化学物質の環境への排出量の把握等及び管理 の 改 善 の 促 進 に 関 す る 法 律 施 行 令 <http://law.
e-gov.go.jp/htmldata/H12/H12SE138.html>[13] 池田紀子，田中一成 : 化学系特許の読解支援，第61 回高分子討論会，3Pd042（2012）YEAR BOOK 2O15 287