近期，朱本占课题组揭示了几类典型氮杂环类巯基化合物与H2O2共存时介导羟基自由基（•OH）产生的新型促氧化功能，阐释了独特的氮杂环类巯基化合物/H2O2反应与传统的生理学巯基化合物/H2O2反应的区别，解析了典型氮杂环巯基化合物介导产生•OH的结构-效应关系。相关研究成果近期发表于Environmental Science & Technology和Chemical Engineering Journal。
巯基类化合物广泛存在于生物体和环境中，在体内通常发挥抗氧化剂的作用，因而对巯基化合物在环境中的化学行为进行深入研究极为必要。此外，细胞处于氧化应激状态时，其内部H2O2浓度可高达毫摩尔级水平。因此，巯基化合物与H2O2在体内共存无法避免。传统的生理性巯基化合物如谷胱甘肽和半胱氨酸能与H2O2通过双电子反应途径产生相应的次磺酸、亚磺酸中间产物以及磺酸终产物，也可以氧化生成二硫化物；但先前未曾有研究发现还原性巯基化合物及其二硫化物能在H2O2共存时反应产生活性的•OH。
该研究意外发现几类典型的氮杂环类巯基化合物（巯基吡啶/噻唑/嘌呤类、三唑硫醇类等）与H2O2能不依赖于金属离子产生活性很强的•OH并导致DNA氧化损伤。上述独特的反应中涉及到两条新颖的•OH产生路径，其中一条依赖于次磺酸生成，而另一条则依赖于二硫化物的生成。更重要的是，生理性还原性巯基化合物谷胱甘肽等会促进该体系•OH的产生。分析发现，氮杂环类巯基化合物与H2O2反应产生•OH的能力与这些化合物的结构之间存在如下的结构-效应关系：1）具有自由的巯基（-SH或-S-S-）官能团；2）与巯基官能团相连的杂环具有较强的吸电子特性；3）杂环上具有吸电子特性的杂原子位于巯基的邻位。
氮杂环类巯基化合物是有机合成行业的关键前体，在工业、农业和药物化学领域也有广泛应用，导致这类化合物在环境中普遍存在。本研究发现的典型氮杂环类巯基化合物全新的促氧化功能和生理学行为，不仅为解释氮杂环类巯基化合物在生理条件下的药理作用提供了新思路，同时还有助于为农业和临床领域中药物的设计提供新的研究角度。
论文的通讯作者是朱本占研究员。上述研究得到国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金创新群体项目和中国科学院战略性先导科技专项（B类）的资助。
论文1链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c10806
论文2链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148731
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