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一种新型羟基自由基产生分子机理的研究
  • ISSN号:0023-074X
  • 期刊名称:科学通报
  • 时间:0
  • 页码:1673-1680
  • 分类:O621.146[理学—有机化学;理学—化学] X703[环境科学与工程—环境工程]
  • 作者机构:[1]中国科学院生态环境研究中心,环境化学与生态毒理学国家重点实验室,北京100085
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(编号:2008CB418106)、国家自然科学基金(批准号:20777080,20877081,20747001,20890112,20621703)和中国科学院“百人计划”资助项目
  • 相关项目:典型持久性有机污染物的环境过程与毒理效应
中文摘要:

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,蛋白质和脂质氧化损伤.目前,关于·OH的产生机理,最被广泛接受的是过渡金属离子催化的Fenton反应.五氯酚(PCP)是一种重要的工农业生物杀灭剂,主要用作木材保护.采用水杨酸羟基化法和电子自旋共振自旋捕获等作为分析手段,发现H2O2和五氯酚的代谢产物之一四氯-1,4-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,TCBQ而非其相应的半醌自由基对·OH的产生极其重要.TCBQ和H2O2反应的主要产物被鉴定为三氯羟基-1,4-苯醌(TrCBQ-OH),其中的氧原子被证明来源于H2O2.基于这些数据和分析,提出以下假设:TCBQ和H2O2反应产生·OH不是通过依赖于半醌自由基的有机Fenton反应进行,而是H2O2对TCBQ进行亲核攻击,形成不稳定的三氯氢过氧基-1,4-苯醌(TrCBQ-OOH)中间产物,其可均裂产生·OH和三氯羟基-1,4-苯醌自由基(TrCBQ-O·).上述反应途径展示了一类新型的·OH产生机理,即·OH的形成不需要具有氧化还原活性的过渡金属离子参与.该机理可部分解释五氯酚等其他多卤芳香类杀虫剂的致癌性.

英文摘要:

The hydroxyl radical (^*OH) has been considered to be one of the most reactive oxygen species produced in biological systems. It has been shown that ^*OH can cause DNA, protein, and lipid oxidation. One of the most widely accepted mechanisms for ^*OH production is the transition metalcatalyzed Fenton reaction. Pentachlorophenol (PCP) has been widely used as a wood preservative. Using the salicylate hydroxylation assay and electron spin resonance (ESR) spin-trapping methods, we found that ^*OH can be produced by H2O2 and tetrachloro-1, 4-benzoquinone (TCBQ) (one of the major carcinogenic metabolites of PCP) independent of transition metal ions. Further studies showed that TCBQ, but not its corresponding semiquinone radical, the tetrachlorosemiquinone radical (TCSQ^*), is essential for ^*OH production. The major reaction product between TCBQ and H2O2 was identified to be the ionic form of trichloro-hydroxy-1, 4-benzoquinone (TrCBQ-OH), and H2O2 was found to be the source and origin of the oxygen atom inserted into the reaction product TrCBQ-OH. Based on these data, we propose that ^*OH production by H2O2 and TCBQ is not through a semiquinone-dependent organic Fenton reaction, but rather through the following novel mechanism: a nucleophilic attack of H2O2 on TCBQ, forming a trichloro- hydroperoxyl-1, 4-benzoquinone (TrCBQ-OOH) intermediate, which decomposes homolytically to produce ^*OH. These findings represent a novel mechanism of ^*OH formation not requiring the involvement of redox-active transition metal ions, and may partly explain the potential carcinogenicity of widely used biocides such as PCP and other polyhalogenated aromatic environmental pollutants.

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期刊信息
  • 《科学通报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院
  • 主编:周光召
  • 地址:北京东黄城根北街16号
  • 邮编:100717
  • 邮箱:csb@scichina.org
  • 电话:010-64036120 64012686
  • 国际标准刊号:ISSN:0023-074X
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1784/N
  • 邮发代号:80-213
  • 获奖情况:
  • 首届国家期刊奖,中国期刊方阵“双高”期刊,第三届中国出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:81792