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许多卤代环境污染物如氯代酚类杀虫剂、卤代苯、橙色剂和溴代阻燃剂等，均可在生物体内代谢或化学脱卤生成卤代醌。而卤代醌诱发的毒理机制可以部分解释这些环境污染物的致癌性。关于卤代醌诱发的毒理机制，目前普遍认同的是半醌介导的氢醌/醌之间的氧化还原循环产生的活性氧造成生物体氧化损伤。一般认为这一机制中包含了依赖金属离子的Fenton反应。然而，近来的研究发现卤代醌与过氧化氢可以不依赖金属离子产生活性很强的羟基自由基(*OH)，卤代醌与有机氢过氧化物可以不依赖金属离子产生烷氧自由基，从而呈现潜在的生物毒性。
1.近来已发现卤代醌与氢过氧化物之间的反应可能是一种新颖的亲核取代/均裂机制：以2,5-二氯对苯醌(DCBQ)/叔丁基过氧化氢(t-BuOOH)为例，首先t-BuOOH亲核攻击DCBQ形成2-氯-5-叔丁过氧基-1,4-苯醌(CBQ-OO-t-Bu)中间体，后者随即均裂分解产生叔丁氧基自由基(t-BuO*)和5-氯-对苯醌-2-氧自由基(CBQ-O*)，CBQ-O*歧化生成5-氯-2-羟基-1,4-苯醌(CBQ-OH)。在过去的研究中t-BuO*、甲基自由基(CH3)、5-氯2-羟基-1,4-苯醌(CBQ-OH)和CBQ-OH等产物均得到确认，然而，反应产物及中间体CBQ-OO-t-Bu、CBQ-O*等仍没有分离并充分鉴定。因此，本研究继续以DCBQ/t-BuOOH反应体系为研究对象，对中间体和终产物进行分析鉴定，进行机制的深入研究。
研究中首先通过半制备HPLC分离出一种主要产物，采用各种分析方法鉴定其为2-羟基-3-叔丁氧基-5-氯-1,4-苯醌(CBQ(OH)-O-t-Bu)，该物质是先前假设的CBQ-OO-t-Bu中间体的重排异构体。又在使用自旋捕获剂DMPO的实验中发现，DMPO能抑制CBQ(OH)-O-t-Bu的形成，并伴随形成一种新的DMPO加合物(质荷比m/z268)。在此基础上，进一步采用电子自旋共振(ESR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)和高效液相-傅里叶变换离子回旋共振(HPLC/FTICR)等手段研究DMPO/DCBQ/t-BuOOH(或H2O2)体系。研究结果表明，DMPO捕获的并不是CBQ-O*，而是其共振异构体——以碳为中心的醌酮自由基(*CBQ=O)。本研究首次检测并分离出一种新的以碳为中心的*CBQ=O，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分解机制提供了直接的实验证据，并丰富和完善了该机制。
本文发现不仅DCBQ，其它α-H卤代醌也都能与氢过氧化物通过不依赖于金属的途径发生反应，产生烷氧基/羟基自由基以及以碳为中心的醌酮自由基。这一发现可能具有重要的生物学意义，因为许多卤代环境污染物等可在生物体内转变为卤代醌，导致生物损伤。本研究结果表明，这些卤代醌与氢过氧化物发生反应，不仅可以通过促进烷氧基/羟基自由基的产生发挥其毒性，而且还可以通过形成*CBQ=O而发挥毒性。*CBQ=O有可能直接与重要的生物大分子如DNA、蛋白质和脂类发生交联反应。
2.在研究卤代醌与氢过氧化物反应机制的同时，我们又对DCBQ/H2O2反应产生的*OH造成的DNA单链断裂的保护进行了研究。异羟肟酸类化合物是强有力的金属离子螯合剂，在生物医学上具有广泛的应用。在本项工作中，我们发现苯甲异羟肟酸(BHA)可以有效地保护DCBQ/H2O2反应产生的*OH造成的DNA单链断裂。这种保护现象既不是*OH清除作用，也不是消除2,5-二氯-1,4-半醌自由基(DCSQ*)作用，而是因为BHA与DCBQ首先发生了亲核取代反应，形成了单取代或双取代的加合物(2-O-苯甲异羟肟酸基-5-氯-1,4-苯醌、2,5-O-二苯甲异羟肟酸基-1,4-苯醌)，从而耗竭了DCBQ，阻断了与H2O2反应产生*OH的途径。两种加合物经分离纯化并进行了NMR、IR鉴定。异羟肟酸类化合物的保护机理展现了一种新颖的异羟肟酸类化合物的作用方式。
3.我们的研究小组曾经发现苯甲异羟肟酸类化合物能大大加快四氯苯醌(TCBQ)的水解速度，形成低毒、稳定的二氯二羟基苯醌，此反应可能是通过一种新型的氯代醌介导的Lossen重排机制进行的。过去的研究已经分离到支持Lossen重排的产物：O-苯胺基甲酰基苯甲羟肟酸酯、N,N-二苯基脲、苯胺。但是，在BHA/TCBQ反应体系中，却没有检测到BHA/TCBQ加合物以及Lossen重排的直接证据苯基异氰酸酯。既然本研究2中，在BHA/DCBQ反应体系中已经分离到稳定的BHA/DCBQ加合物，那么有必要以BHA/DCBQ(1∶1)加合物为研究对象，进行其分解机制研究，从而清楚阐明这种新型的Lossen重排机制。
本研究利用TLC、HPLC证明BHA/DCBQ(1∶1)加合物热解可形成N,N-二苯基脲、苯胺和2-羟基-5-氯对苯醌等，利用GC-MS证明其热解可形成苯基异氰酸酯。因此，我们证实了这种新型氯代醌介导的Lossen重排机制，该机制的研究对于丰富经典的Lossen重排反应具有重要的化学意义。
4.在研究BHA与DCBQ的反应机制基础上，本研究又使用高效液相色谱-电喷雾四级杆飞行时间串联质谱等方法对重要的天然异羟肟酸类金属螯合剂药物去铁胺DFO，与DCBQ的反应机制进行了研究。DFO临床多用于急、慢性铁中毒，近来发现它还具有不依赖金属离子的自由基清除作用，可以保护TCHQ导致的纯化DNA单链断裂。研究结果表明DFO与DCBQ的反应与BHA/DCBQ的机理一致，均通过亲核取代反应形成相应加合物1,2和3。本研究的结果为全面研究DFO的保护机理提供了实验依据。