异羟肟酸类化合物在制药和化工等领域有着广泛的应用，其中最常用的几种是伏立诺他（抗癌药物）、去铁胺（治疗铁中毒）和N-羟基芳酰亚胺（有机合成催化剂）。N-羟基吡啶硫酮作为一个硫代异羟肟酸，在船舶工业和去屑用品中也有重要应用。四氯苯醌(TCBQ)是持久性有机污染物五氯酚(PCP)的主要代谢产物，可以引起细胞和小鼠DNA的损伤。在我们前期的工作中，已经对几种链式异羟肟酸针对TCBQ的解毒机理进行了深入的研究。我们发现，氮原子上取代基团的微小改变可以造成反应机理上很大的不同。在本论文中，我们将聚焦在环状异羟肟酸。我们选取了三种环状异羟肟酸作为模型化合物来测试对TCBQ的解毒能力:N-羟基吡啶酮(NHP)、N-羟基吡啶硫酮(NHPT)和N-羟基芳酰亚胺(NHPI)。有趣而令我们感到意外的是，它们各自有着截然不同的表现和反应机理。　　NHP通过两步自由基重排反应对TCBQ进行解毒　　NHP常用作金属络合剂。我们发现，在NHP存在时，高毒性的TCBQ很快通过两步水解脱氯而被降解为毒性很低的二羟基产物2，5-二氯-3，6-二羟基-1，4-苯醌(DDBQ)。同时，NHP被完全转化为产物2-羟基吡啶。有趣的是，在ESR实验中分别用POBN和BMPO作为捕获剂检测到了NHP的两种自由基中间产物的信号，一种是氮中心自由基，另一种是不同寻常的氧中心自由基。根据以上结果，我们提出NHP通过亲核取代偶联N-O键均裂而对TCBQ产生解毒作用，并且生成了相应的自由基中间体。　　NHPT对TCBQ的解毒以及意外发现的NHPT/H2O2反应生成HO·新机制　　NHPT是硫取代的NHP类似物，常用作络合剂和抗真菌剂。虽然NHPT与NHP有着类似的结构，但是它与TCBQ反应时却表现出与NHP截然不同的性质。我们得到了NHPT∶TCBQ为1∶1、2∶1和4∶1三种不同比例的加合物，其中4∶1加合物为氢醌形式。令我们感到惊讶的是，即使在很高的浓度条件下，NHPT也不能完全抑制TCBQ和H2O2造成的pBR322 DNA的损伤。并且随着浓度的增加，NHPT还可造成更多的DNA损伤。NHPT和H2O2主要反应产物经质谱鉴定为1-氧-吡啶-2-磺酸。据此我们提出了NHPT和H2O2生成HO·的可能反应机理:NHPT首先被H2O2氧化加两个氧原子生成2-亚磺酸基-吡啶-N-氧化物，随后与H2O2发生亲核加成反应生成1-氧-吡啶-2-过氧磺酸，继而发生O-O键的均裂从而生成羟基自由基。　　通过一种前所未见的溶剂水介导的两步Lossen重排反应机理发生两步结构异构以及TCBQ的解毒　　NHPI是一种重要的有机催化剂，可以与温和氧化剂作用形成具有催化活性的N-O自由基进而诱导C-H键的活化。在本研究中，我们发现NHPI可以在TCBQ的作用下极为容易地发生异构化生成靛红酸酐，同时TCBQ经过两步水解脱氯反应降解为低毒性的DDBQ。有趣的是，通过使用氧-18标记、HPLC-MS和傅里叶变换高分辨质谱等手段，我们发现溶剂水是靛红酸酐中一个氧原子的来源。根据这些数据，我们提出了NHPI和TCBQ的反应机理:通过亲核取代偶联溶剂水辅助的Lossen重排反应，NHPI先被转化为异氰酸酯再通过快速分子内加成环化生成同分异构体靛红酸酐。这是首次报道在正常生理条件下NHPI通过溶剂水促进的Lossen重排被诱导异构化。　　人工甜味剂糖精钠的新作用:通过质子中和作用促进TCBQ/H2O2的反应　　糖精钠是一种广为人知的人工甜味剂。先前有研究提出糖精钠可以被H2O2氧化为其异羟肟酸形式N-羟基糖精，进而与TCBQ通过电荷转移形成一种紫红色复合物;以此为基础发展出了一种简便的糖精钠的常规定量分析方法。然而，其确切的分子机理仍不清楚。在本研究中，我们发现在没有糖精钠的条件下TCBQ仍然可以与H2O2作用生成紫红色溶液。通过质谱鉴定，这种紫红色物质为TCBQ的羟基化产物三氯一羟基苯醌(TrCBQ-OH)。其形成速率可被糖精钠显著促进，但是却被其共轭酸糖精抑制。有趣的是，糖精钠的含量在反应过程中并没有改变。进一步的研究表明TCBQ和H2O2的反应速率取决于溶液的pH值，TCBQ和H2O2反应生成的酸（HCl和TrCBQ-OH）降低了溶液的pH值，但是可在一定程度上被弱碱性的糖精钠中和从而延缓溶液pH值的下降。糖精钠的两种类似结构的化合物邻苯二甲酰亚胺钾和乙酰磺胺酸钾都表现出了类似的效应。基于以上的发现，我们提出糖精钠通过中和反应生成的酸进而促进TCBQ/H2O2反应的机理。这是首次报道人工甜味剂糖精钠作为质子中和剂来使用。　　异羟肟酸和卤代醌是化学、环境科学和生物学研究中两类重要的化合物。因此我们的研究结果为进一步研究其他异羟肟酸和醌类化合物提供了广泛的理论基础。