自由基研究现状

Cl2 CH4 hvCH3Cl
mechanism : 引发:Cl2 hv 2Cl 增长 : Cl CH4 HCl CH3 CH3 Cl2 CH3Cl Cl 结束 : CH3 CH3 CH3CH3 Cl Cl Cl2
三、 Characters of Free Radical
三
c.
苯 甲 基
自
由
基
的
t1/2=12d
二、 Production of Free Radical
（一）均裂法
共价键化合物的解离方式通常：
电负性大
异裂： A : B 异裂 A B
均裂： A: B 均裂 A B
二、 Production of Free Radical
1、热解（thermolysis ）：通过升高温度使 共价键断裂：
Hale Waihona Puke Baidu
第三军医大学化学教研室
一、 Definition and Characters of Free Radical
自由基的表示方式：
在分子式右上角加上一个小黑点表示带有不 成对电子。如：Cl• NO• CH3•
一、 Definition and Characters of Free Radical
一、 Definition of ROS
生物体内由氧形成、含氧而且性质活泼 的一类物质。
OH• 、 O2-• 、ROO• ……
ROS 1O2
H2O2 、ROOH
一、 Definition of ROS
99%
O2 + 4e + 4H+ 2H2O
O2 + e O2-• O2 + 2e + 2H+ H2O2 O2 + 3e + 3H+ OH•
三、 Characters of Free Radical
在生物系统中，还原型谷胱甘肽（GSH）有清 除自由基的作用：
GSH X XH GS
GS GS GSSG
氧化型谷胱甘肽
三、 Characters of Free Radical
（2）电子转移
X Y X Y
三、 Characters of Free Radical
（3）加成反应
Br2 C2H4褪色
HH Br Br + C C
HH
HH Br C C Br
HH
三、 Characters of Free Radical
机理：
Br2 hv 2Br•
HH
.
Br + C C
HH
H
H
. Br C C
H
H
三、 Characters of Free Radical
H Br C
ESR/EPR
三、Hydroxyl Radical(OH.)
490nm
四、 Free Radical in the Body 450nm
560nm
FAD or FMN
+1e_ + H+
_ 1e_ _ H+
R
R
H3C
N NO
H3C
.
N+
NH
H
O-
_ 1e_ _ H+ +1e_ + H+
+ H+
H3C
N
H3C
.
N
H _ 1 e_ _ 2H+
FAD _ H2 or FMN _ H2
2、非酶促反应法（自氧化法）
2+
HbFe
3+
HbFe
O2
e
O2
HbFe2+ + O2 HbFe2+……O2 HbFe2+……O2 HbFe3+ + O2-•
二、Superoxide Anion Radical （O2-•） （二）O2-•的理化性质
1、物理性质
px
p y pz
px
p y pz
px
Chain Inititation Chain Increase Chain Ending
三、 Characters of Free Radical
（三）自由基的物理性质 ——Paramagnetic character
轨道磁矩
自旋磁矩 自旋磁矩起主要作用!
<<
（三）自由基的物理性质
分子:有单电子，它是顺磁性(paramagnetic)物质； 成对电子，它应是抗磁性(diamagnetic)物质。
Electron Spin Resonance(ESR)
Electron Paramagnetic Resonance (EPR)
四、 Free Radical in the Body
1931年Michalis首次提出——某些酶促氧化
还原反应的中间产物可能是自由基。
Michalis学说核心—— 还原型反应物（AH2），经过两步氧化反应 转变为氧化型产物（A），反应的中间产物 （中间体AH）带有未成对电子，显示自由 基的特性。中间产物称为半醌 （semiquinone）.
辐射照射到细胞中的水：
H2O hv OH • H •
辐射照射到细胞中的蛋白质、核酸、脂肪时 （生物靶分子）：
T hvT • H e
二、 Production of Free Radical
二、 Production of Free Radical
（二）电子转移法
带有成对电子的分子在反应中得到或失去电子， 就可以成为自由基 ：
BLM Fe2 O2 H OH OH BLM .Fe3
三、Hydroxyl Radical(OH.)
博来酶素(BLM):
TH + OH•
T• + H2O T•(OH)H
断裂损伤
丝裂霉素和链黑霉素
三、Hydroxyl Radical(OH.)
（二）理化性质 1、物理性质
——paramagnetic characters
1%
一、 Definition of ROS
3O2 (b) hv1 O2 (r)
?
RH O2 ROOH
二、Superoxide Anion Radical （O2-•）
（一） O2-•的产生
1、酶促反应法 （１）黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase ,XO)
黄嘌呤 H2O O2 黄嘌呤氧化酶尿酸 O2 H
H
H
. . C + Br
H
H
H
Br C H
C Br H
三、 Characters of Free Radical
抽氢 电子转移 加成
（二）自由基反应的特点 链式反应是自由基反应最典型的特色
三、 Characters of Free Radical
Mechanism: (1)Chain Initiation (引发):
Definition:能够独立存在的、含有一个或多个未 成对电子的原子、分子或原子团为自由基。
共同特征：最外层的电子不成对。
一、 Definition and Characters of Free Radical
表1 从钪到锰过渡金属元素的电子构型
元素
3d
4s
21Sc
22Ti 23Va 24Cr 25Mn
X 2 hv 2X
(2) Chain Increase (增长)
RH X R HX R X 2 RX X
三、 Characters of Free Radical
(3)Chain End (结束)
R R R R RX R X X X X X
三、 Characters of Free Radical
Fe2 H2O2 Fe3 OH OH •
（三）环境化学污染物 “三废（废水、废气、废渣）”
三、 Properties of Free Radical
（一）自由基的化学性质
（1）抽氢反应 A RH AH R
最典型的实例是OH•引发脂质（LH）过氧 化反应 ：
OH RH H2O R
一、 Definition and Characters of Free Radical
共价键
共价分子
A: B 如 Cl-Cl(Cl2),Cl-H(HCl)
A: B 均裂 A B
不成对电子（unpair electron）
一、 Definition and Characters of Free Radical
Properties: 含有未成对电子，具有得失电子的倾向。
寿命极短，活性极强。
370C: 单线态氧、超氧阴离子自由基、烷氧基的半 衰期为10-6秒；羟自由基为10-9秒。
一、 Definition and Characters of Free Radical
稳
空 间 阻 遏 效 应 。
定 性 源 于 三 个 苯 环
四、 Free Radical in the Body
AH2 AH • H
AH • A H
第一步 第二步
AH2 A 2H 总反应
四、 Free Radical in the Body
核黄素 ＋ 磷酸酯
黄素单核苷酸（FMN） 黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）
FMN和FAD是体内重要的氢受体．
4
Free Radical in the the Biological Body
一、 Definition and Characters of Free Radical
Chemical Bond:分子中相邻两 原子或离子间的强相互作用。
离子键
化学键
共价键 金属键
参与形成分子的每个原子通过原子间“共用” 电子对的方式结合成分子。
+ 1 e_ + 2H+
NO NH
O-
Special Subject Two
Reactive Oxygen Species (ROS) in the Biological Body
Contents
1 Definition of ROS
2
O2-• OH• H2O2 1O2
3 Damnification of Biological Molecular from ROS
Special Subject One
Basic Knowledge of Free Radical
Contents
1 Definition and Characters of Free Radical
2 Production of Free Radical
3
Properties of Free Radical
二、Superoxide Anion Radical （O2-•）
（2）NADPH氧化酶
吞噬细胞专有酶 血管内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞
NADR的POH调S控在2作细O2用胞中NA起DP着H氧信化酶号转N导A和DP基 因 2表O达2 H
二、Superoxide Anion Radical （O2-•）
四、 Free Radical in the Body
FMN-H2 FMN中半间醌体自由基 氧化为FMN
FAD-H2 FAD半中醌间自体由基 氧化为FAD
紫外鉴定： 前者（还原型物质）无色,后者（氧化型物质）有 色（最大吸收峰为450nm）。
实验中监测到：在490nm及560nm有最大吸收；进 一步的实验证明是氧化还原反应的中间产物FMN或 FAD半醌自由基产生的吸收。
CCl3 H 380k Jmol1 CCl3• H •
为什么要少吃油炸和烘考的食物？
二、 Production of Free Radical
2、光解：利用光化学反应吸收光量子使化 合物的共价键断裂：
Cl Cl 480nmCl• Cl•
白种人为什么易患皮肤癌？
二、 Production of Free Radical
O2-•的信号受温度的影响较大:
O2-•的水溶液中: 在室温下几乎检测不到其信号
在-400C勉强可以检出 在-800C信号开始明显 在-1400C更为显著
二、Superoxide Anion Radical （O2-•）
２、化学性质
（1）歧化反应
2O2 2H SOD H2O2 1 O2
（2）单电子还原反应
1、 Fenton reaction
Fe2 H2O2 Fe3 OH OH •
２、Ionization radiation (电离辐射)
H2O hvOH H
三、Hydroxyl Radical(OH.)
３、Medicament oxidation (药物氧化)
某些药物经氧化成羟基药物的同时 也可生成OH•：
O2
C NO2 4
O2
C
NO2
3
NO2
二、Superoxide Anion Radical （O2-•） （3）单电子氧化反应
抗坏血酸 O2 H 抗坏血酸自由基+H2O2 （三）检测 寿命较短，通常只能有ESR方法检测。
三、Hydroxyl Radical(OH.) (一) OH•的产生
p y pz
px
p y pz
2s
2s
1s
1s
图1： O2的电子排布式
2s
2s
1s
1s
图2： O2－•的电子排布式
二、Superoxide Anion Radical （O2-•）
物理性质 ——paramagnetic character
ESR/EPR
二、Superoxide Anion Radical （O2-•）