Detection and Identification of a Novel Quinone Ketoxy Radical Produced by Metal-independent Decomposition of Hydroperoxides by Halogenated Quinones

We have shown recently that halogenated quinones could enhance the decomposition of hydroperoxides and formation of alkoxyl/hydroxyl radicals independent of transition

新型羟基和醌碳自由基产生的分子机理

羟基自由基(.OH)被公认是生物系统中最具活性的活性氧物种,能导致生物体内DNA等生物大分子氧化损伤.目前,最被广泛接受的.OH的产生机理是过渡金属离子催化的Fenton反应.五氯酚(PCP)是一种重要的生物杀灭剂,主要用作木材保护.采用电子自旋共振二级自旋捕获等分析手段,发现H2O2和五氯酚的代谢产物之一四氯苯醌(TCBQ)能通过不依赖于金属离子的途径产生.OH;进一步的研究发现是TCBQ,而非其相应的半醌自由基对.OH的产生极其重要.基于这些数据和分析,提出以下新型.OH产生分子机理:H2O2对TCBQ进行亲核攻击形成不稳定的三氯氢过氧基苯醌中间产物,其可均裂产生.OH.综合采用电子自旋共振自旋捕获和其他分析方法,第1次检测到一种新型的以碳为中心的醌自由基.

一种新型以碳为中心的醌酮自由基的检测和鉴定

最近发现卤代醌能通过不依赖于金属离子的途径促进氢过氧化物的分解而产生羟基或烷氧自由基,并认为该反应通过亲核取代形成醌-过氧化物中间产物,随后均裂分解生成羟基或烷氧自由基和醌氧自由基中间体.然而,在先前的研究中,无论是对其主要反应产物,还是对该机制中提出的醌-过氧化物中间体和醌氧自由基,都没有被完全分离鉴定.在最新的研究中,以2,5-二氯-1,4-苯醌(DCBQ)与叔丁基过氧化氢(t-BuOOH)反应体系为研究对象,通过半制备高效液相色谱(HPLC),分离纯化出一种主要反应产物,采用多种分析方法鉴定该产物为2-羟基-3-叔丁氧基-5-氯-1,4-苯醌(CBQ(OH)-O-t-Bu),原来该物质是先前假设的醌-过氧化物中间体(CBQ-OO-t-Bu)的重排异构体.继而发现,自旋捕获剂DMPO(5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物)能抑制CBQ(OH)-O-t-Bu的形成,同时伴随着形成一种新的含有一个氯原子、质荷比m/z为268的DMPO加合物.在此基础上,综合采用电子自旋共振、核磁共振-氢谱、高效液相-傅里叶变换离子回旋共振等分析方法,并使用O-17标记的H2O2的研究表明:DMPO捕获的并不是以氧为中心的醌氧自由基(CBQ-O),而是其共振异构体——一种以碳为中心的醌酮自由基(CBQ=O).这是第一次检测到一种新型的以碳为中心的醌酮自由基,为先前提出的卤代醌介导的不依赖金属离子的氢过氧化物的分解机制提供了直接的实验证据,并丰富和完善了该机制.

不依赖于过渡金属离子的卤代醌介导的新型有机类Fenton反应机理

卤代醌是许多卤芳香持久有机污染物的致癌代谢产物和饮用水消毒副产物。羟基自由基(.OH)被公认为生物系统中最具活性的活性氧物种,能导致生物体内DNA等生物大分子的氧化损伤。目前,最被广泛接受的.OH产生机理是过渡金属离子催化的Fenton反应。综合采用电子自旋共振二级自旋捕获和其他分析方法,发现四氯苯醌和其它卤代醌皆可通过不依赖于过渡金属离子的途径,显著促进氢过氧化物(H2O2或有机氢过氧化物)的分解而产生.OH或烷氧自由基,并首次检测到一种新型的、以碳为中心的醌自由基。基于以上研究,提出一类不依赖于过渡金属离子的卤代醌介导的新型有机类Fenton反应机理。

致癌性卤代醌与有机氢过氧化物不依赖金属分解的分子机制及其潜在生物学意义

卤代醌是一类具有致癌活性的化合物.最近,它们作为氯代消毒副产物在饮用水中被检测到.有机氢过氧化物(ROOH)可通过自由基和酶促反应氧化多不饱和脂肪酸产生.先前的研究表明,ROOH可被过渡金属催化分解产生烷氧自由基,从而启动脂质过氧化或进一步分解生成α,β-不饱和醛.然而,目前还不清楚卤代醌能否不依赖过渡金属离子与ROOH以类似方式生成烷氧自由基.综合采用电子自旋共振-自旋捕获、高分辨液相色谱质谱联用及其他分析方法,结果发现,2,5-二氯-1,4-苯醌(DCBQ)可显著增强典型的有机氢过氧化物叔丁基过氧化氢(t-BuO OH)分解,以不依赖金属离子的方式生成叔丁氧自由基.在以上发现的基础上,我们检测和鉴定出一类新型的以碳为中心的醌酮自由基,其是我们之前推测的以氧为中心的醌氧自由基的自旋异构体.我们进而将研究扩展到更具生理意义的内源性脂质氢过氧化物13-过氧羟基-9,11-十八碳二烯酸(13-HPODE)中,发现DCBQ也可以显著增加13-HPODE的分解,产生脂质烷基自由基和具有基因毒性的4-羟基-2-壬烯醛.其他卤代醌也具有类似作用.研究表明,致癌性卤代醌能通过一类新型的不依赖于金属离子的亲核取代和均裂分解的机制,促进有机氢过氧化物分解并生成具有较强反应活性的烷氧、醌酮和脂质烷基自由基,及具有基因毒性的4-羟基-2-壬烯醛.以上研究结果可部分解释卤代醌及其酚类前驱物为何具有潜在的基因毒性和致癌性.