吡啶盐醛肟类药物是一类用于有机磷神经毒剂和农药中毒的解毒剂。多卤代醌是一类致癌性有毒中间体，最近在饮用水消毒副产物中也有检出。五氯酚广泛用于木材保护，在一些发展中国家还用于杀灭钉螺以预防血吸虫病。四氯苯醌是五氯酚的主要代谢产物之一，它具有基因毒性和致癌性。本论文主要研究了肟类化合物（特别是吡啶醛肟药物），与卤代苯醌的分子反应机制。研究内容主要分以下几个部分:　　2-吡啶醛肟甲氯神经解毒剂对四氯苯醌的解毒机制:一类新型的二次Beckmann裂解反应　　卤代苯醌具有肝毒性、肾毒性和致癌性，所以在生理条件下将其降解和消除尤为重要。我们发现，经典的神经解毒剂2-吡啶醛肟甲氯可将四氯苯醌高效的转化为其相应的低毒的二氯二羟基化产物。运用HPLC，HPLC/MS，NMR和18O同位素标记，结合凝胶电泳、荧光、明亮发光杆菌毒性和MTT实验，我们发现其解毒机制为一类非同寻常的在正常生理条件下发生的连续两步Beckmann裂解反应。因此，吡啶醛肟有可能作为卤代苯醌致癌物的潜在解毒剂。　　2-吡啶醛肟甲氯与氯代苯醌反应的结构-效应关系研究　　经典的Beckmann裂解反应是一类经过O-活化的肟类中间体将肟(R1-(R2)C=N-OH)转变为相应的腈（R1-C=N）的反应。我们发现，不仅四氯苯醌，其它低氯代苯醌(CnBQs)也可用作2-吡啶醛肟甲氯(2-PAM)的活化剂，促使其发生Beckmann裂解反应。CnBQs作为Beckmann裂解反应的新型活化剂，与经典的活化剂相比有以下特点:(1)CnBQs活化的2-PAM中间体的稳定性不仅取决于活化剂氯原子的个数，也与取代位置有关。(2)中间体的稳定性决定了Beckmann裂解反应的速率。(3)活化作用与对应卤代醌羟基化产物的pKa值相关，也就是裂解反应的速率与CnBQs对应的羟基化产物Cn-1BQ-OH的酸性相关。　　醛肟与卤代苯醌自由基均裂机制研究　　在以上反应机制的探索中，我们意外发现，以DMPO作自旋捕获剂，四氯苯醌与2-吡啶醛肟甲氯反应还可产生一类特殊的18重峰自由基信号。将四氯苯醌换为低氯代苯醌和其它多卤代苯醌时，也会生成相同的自由基。结合模拟、中间体分解、15N同位素标记、HPLC/MS等分析手段，我们确认该自由基为相应的亚胺自由基。进一步研究发现该亚胺自由基可通过夺氢反应产生亚胺，亚胺水解进一步可转变为醛或酮。该自由基均裂机制普遍存在于醛肟与卤代苯醌在正常生理条件下的反应中。与Beckmann裂解相比，自由基均裂途径只占一少部分。　　醛肟类化合物与四氯苯醌反应的结构-效应关系研究　　我们对四氯苯醌与其它三种吡啶盐醛肟类药物（HI-6，TMB-4和Obidoxime），两种吡啶醛肟（syn-2-吡啶醛肟和4-吡啶醛肟）及相应的酮肟反应的结构-效应关系进行了研究。我们发现与四氯苯醌反应时，2-吡啶比4-吡啶盐醛肟类药物脱氯水解效率高;syn-2-吡啶醛肟比2-PAM对四氯苯醌的水解效率低;醛肟比对应酮肟的水解效率高。有趣的是，我们还发现这三种吡啶醛肟神经解毒剂能与DNA发生结合。四氯苯醌与这些醛肟的反应机理也是Beckmann裂解反应为主，自由基均裂途径为副。　　四氯苯醌与酮肟的反应机制:Beckmann重排与自由基均裂　　我们接着将研究从醛肟扩展到酮肟，首先选择环己酮肟、苯乙酮肟和2-吡啶乙酮肟为三个模型化合物。与醛肟不同的是，我们发现这些酮肟与四氯苯醌反应发生Beckmann重排，但是重排产物的产率较低（最高15％）、反应速率慢。通过对反应中间体和产物的分析，结合ESR捕获实验，我们发现其中也存在自由基均裂过程。为了加快反应速率，我们合成了N-甲基-2-吡啶乙酮肟和N-甲基-苯基-2-吡啶酮肟，发现它们与TCBQ的反应速率显著加快，反应机制主要以自由基均裂为主。　　综上所述，我们研究了肟类化合物和卤代苯醌反应的结构-效应关系，发现醛肟与卤代苯醌的反应以Beckmann裂解为主，自由基均裂为副;酮肟与卤代苯醌的反应以自由基均裂为主，Beckmann重排为副。肟类化合物（尤其是吡啶盐醛肟类药物）和卤代苯醌解毒剂是两类具有重要生物医学和环境意义的化合物，因此该研究具有重要科学价值。