卤代醌/过氧化氢体系产生羟基自由基的荧光监测反应动力学及分子机理研究

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五氯酚(PCP)是一种重要的杀虫剂,常用作木材保护。PCP经代谢可产生两种主要的醌类化合物,四氯-1,4-氢醌(TCHQ)及四氯-1,4-苯醌(TCBQ)。先前研究通常使用电子自旋共振(ESR)捕获法来直接检测TCHQ以及TCBQ与H2O2反应产生的羟基自由基(·OH),但形成的自旋加合物的半衰期一般很短而不利于进行动力学的研究。另外ESR仪器相对比较昂贵,操作比较复杂也不利于日常分析检测。因此我们考虑是否可用选择性强、灵敏度高、操作简单及检测仪器相对便宜的荧光法对体系产生的·OH进行动力学监测以研究其产生的分子机理?本研究使用检测·OH较为经典的香豆素-3-羧酸(3-CCA)作为荧光探针。3-CCA与·OH反应生成的主要产物是具有强荧光特性且相对稳定的7-羟基-香豆素-3-羧酸(7-OHCCA)。研究分以下三个部分:  1.采用荧光法监测四氯苯醌/H2O2体系通过两步反应产生羟基自由基的反应动力学  该研究使用3-CCA作为检测体系产生·OH的荧光探针,成功检测到TCBQ/H2O2体系产生的·OH。并通过荧光动力学研究进一步确认体系产生·OH是通过两步反应历程,得到的结果与ESR捕获法相同。向TCBQ/H2O2体系加入三种经典的羟基清除剂(二甲基亚砜、乙醇及甲酸钠)和两种典型的抗氧化剂(抗坏血酸及还原型谷胱甘肽)时均能很好地抑制体系产生的·OH。将此方法扩展到其它卤代苯醌(XBQ),同样发现所有XBQ/H2O2体系都能产生·OH,而·OH产生的量与XBQ中卤原子个数和取代位置有关。总的来说,卤原子在苯环上取代的个数越多,产生的·OH越多;无取代的苯醌(BQ)与H2O2不产生·OH;一氯代苯醌(2-CBQ)及两种二氯代苯醌(2,5-DCBQ、2,6-DCBQ)与H2O2反应产生的·OH量较少,且主要以一级反应动力学特征为主;2,3-二氯苯醌(2,3-DCBQ)、三氯代苯醌(TrCBQ)及TCBQ与H2O2反应产生的·OH量相对较多,且以二级反应动力学特征为主。  2.四氯氢醌体系并非通过其相应半醌自由基而是其氧化形式产生羟基自由基  TCHQ是PCP的另一种主要醌类代谢产物,由于其具有强基因毒性而被广泛关注。在之前研究中,使用ESR捕获法成功检测到体系产生的四氯半醌自由基(TCSQ·)及·OH,但是仍不清楚其准确的分子机理。本研究同样使用3-CCA作为监测体系产生·OH的荧光探针。研究发现单独的TCHQ体系就能产生·OH,向体系中加入H2O2后,能明显增加体系产生·OH,而加入Cu2+后,能加速·OH产生。此前研究认为,TCHQ体系产生·OH可能是通过产生的相应的TCSQ·诱导的有机Fenton反应,因此TCSQ·是TCHQ体系产生·OH所必要的。而我们通过综合利用荧光法、紫外动力学及高效液相方法研究发现TCHQ体系产生的·OH并非直接由TCSQ·产生,而是由TCHQ的氧化产物TCBQ产生,TCBQ才是体系产生·OH的关键,并进一步提出了TCHQ体系产生·OH的新的反应机理是通过亲核取代反应及均裂分解反应。  3.氯代萘醌/H2O2体系产生羟基自由基的反应机理  萘醌类化合物是一类广泛存在于自然界中具有多种生物活性的小分子化合物。氯代萘醌(CNQ)与氯代苯醌(CBQ)具有相似的结构。由先前的研究结果可知,CBQ在H2O2存在时,可产生·OH。既然这两类物质具有相似的结构,那么CNQ是否也可以产生·OH;如果是,其分子机理如何?我们发现,2-氯-1,4-萘醌(2-CNQ)在H2O2存在时,3-CCA可以检测到体系产生的·OH,其主要反应产物被鉴定为2-羟基-1,4-萘醌和2,3-二羟基-1,4-萘醌。采用ESR捕获法发现2-CNQ/H2O2及DCNQ/H2O2反应体系不仅检测到·OH,还分别观察到以碳为中心的萘醌酮自由基及以氧为中心的萘醌自由基的生成。在此基础上,提出了CNQ/H2O2体系产生·OH的新的可能反应机理。
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