化学品在生活生产中变得越来越重要，它提供了许多的好处，尤其是在提高工业，农业产品产量以及控制疾病方面。然而，这些化学品从生产到处置过程中，同样会对环境或人体造成不良的影响。目前，我们对环境污染物毒性和致癌性的知识主要来源于对菜单一化学物质在相对高浓度情况下的研究。多年来，对单独某种物质的研究所获得的作用机理方面的信息，虽然在多数情况下对我们从实验结果推及对人类风险评估方面打下了合理的基础，然而当用于评估复杂环境混合物时却不那么成功。另外，人们在其一生中很少只暴露于单独某一种化学物质，而是同时暴露于多种低浓度的化学物质。从公众健康的角度讲，大家主要担心的是当两种或两种以上化学物质相互作用时，两者能否产生不同寻常的协同毒性，而每一种物质在单独存在时并不产生明显毒性。事实上，最近的研究表明，某些环境化学物质的毒性往往被低估了。本文从两类环境中典型的有机和无机污染物入手，在先前生物毒理学的基础上，系统的研究了它们产生复合毒性的分子机制，为以后研究其它类似的现象提供了理论依据。研究主要分为以下三个部分:　　第一部分:多卤酚类化合物-金属-邻菲罗啉三元络合物不同的配位模式与稳定性导致不同的生物效应当无毒性或亚毒性剂量的五氯酚(Pentachlorophenol，PCP)与铜-邻菲罗啉配合物同时存在的条件下，我们发现其对细菌以及哺乳动物细胞有着显著的协同毒性。这种协同毒性同样存在于其他多氯酚类化合物与金属-邻菲罗啉类配合物的共同暴露体系。从相关化合物的结构特点考虑，我们推测，它们之间发生反应可能生成了亲脂性的三元络合物，从而促进了细胞对铜离子的吸收，产生协同毒性。然而，由于该三元络合物的强亲脂性，导致其在水中的溶解度极差，因此限制了许多经典分析方法如UV-Vis，HPLC，MS等的应用。在本研究中，我们通过IR，固体ESR，X射线晶体衍射等固体分析手段揭示了三元络合物的组成和分子结构，并阐述了PCP与铜-邻菲罗啉配合物产生协同毒性的分子机理。在此基础上，我们还研究了PCP与其他金属离子邻菲罗啉配合物所形成的三元络合物的结构性质，并发现了一类新型的离子对三元络合物。通过比较这两类三元络合物的结构，我们发现生成三元络合物的性质主要取决于金属-邻菲罗啉配合物的稳定性。当配合物本身不稳定时，PCP可以将一分子的邻菲罗啉取代下来，并与铜直接发生配位，生成中性的三元络合物。而当配合物本身很稳定时，PCP则无法取代邻菲罗啉，而是以PCP阴离子的形式存在于金属配合物的外侧，形成离子对形式的三元络合物。由于这两类三元络合物都具有较强的亲脂性，因而皆可透过细胞膜进入到细胞内。进入细胞后，由于PCP作为单齿配体或抗衡阴离子与金属阳离子作用又不是特别强，因此可被细胞内的生物配体取代下来，生成相应的邻菲罗啉-金属-生物配体复合物。如果金属-邻菲罗啉类配合物具有较好的氧化还原活性（如铜-邻菲罗啉），则可产生大量的活性氧物种，导致较强的协同毒性。反之，则协同毒性较弱，然而却可表现出其它特殊生物效应，如钌-邻菲罗啉类配合物可与细胞核内的DNA结合产生荧光，从而可被用作活细胞DNA荧光探针。另外，本研究还发现PCP的主要代谢产物之一四氯邻苯二酚(Tetrachlorocatechol，TCC)也可与铜-邻菲罗啉配合物之间生成亲脂性的三元络合物。然而，由于TCC作为双齿配体与铜-邻菲罗啉络合异常紧密，因此其在细胞内不能与生物配体相结合，所以不但未表现出协同毒性，反而有一定的的拮抗效应。本研究通过对三类不同三元络合物的结构和性质的综合分析，发现氯代酚类化合物-金属-邻菲罗啉三元络合物不同的配位模式与稳定性导致其在生物体系中不同的复合毒性或生物效应，为将来研究其它有机-无机化合物之间的相互作用和复合生物效应的分子机制打下了良好的实验和理论基础。　　第二部分:一价铜专属络合剂新亚铜灵对多氯邻苯二酚的新型解毒机制:一种具有罕见垂直构象与氧化还原抑制能力的稳定氢键复合物的生成与鉴定2，9-二甲基-1，10-邻菲罗啉(2，9-Dimethyl-1，10-phenanthroline，2，9-Me2OP;也称新亚铜灵(Neocuproine))作为一价铜的专属络合剂，广泛用于研究生物或化学体系中铜所起的作用。先前的研究发现，在与TCC等比例的条件下，2，9-Me2OP可以完全抑制TCC与叠氮化钠(NaN3)反应所产生的协同毒性，而其他金属络合剂则不能。后来证明2，9-Me2OP不是通过络合铜离子而产生抑制作用，而很可能直接和TCC发生反应，进而完全阻止了TCC/NaN3反应的发生。然而，由于2，9-Me2OP与TCC反应产物溶解性很差，一直未能对其进行准确的鉴定。在本研究中，我们运用红外光谱，固体NMR以及X射线晶体衍射等多种固体研究手段，直接对其反应产生的沉淀进行分析，发现2，9-Me2OP与TCC之间生成了一种非同寻常的多重氢键复合物。另外，此复合物由于2，9-Me2OP中甲基的空间位阻效应，还具有一种较为罕见的垂直构象。此构象不仅增强了复合物中的二级静电作用，而且由于空间位阻，构象受到强烈的约束，使得复合物整体处于一个稳定的状态。此稳定复合物的形成，完全阻止了TCC中活泼羟基的去质子化，使得N3-不能继续与之反应，进而阻止了半醌自由基的生成，抑制了协同毒性。然而，其它位置甲基取代的邻菲罗啉虽然也能和TCC之间形成相应的氢键复合物，但由于缺少空间位阻效应，生成的氢键复合物不够稳定，所以只能部分抑制TCC/NaN3反应的协同毒性。通过比较2，9-Me2OP/TCC与[Cu(2，9-Me2OP)2]+的空间结构，我们发现它们的构象惊人的相似，都是由于甲基的空间位阻效应而形成了稳定的构象，进而阻止了中心活泼基团的氧化。因此，2，9-Me2OP不仅可通过配位键络合一价的无机铜离子，还可通过多重氢键“络合”有机的邻苯二酚类化合物，是一种很好的氧化还原抑制剂。除此之外我们还发现，2，9-Me2OP不仅能够和TCC发生反应，而且还能够与其它低卤代邻苯二酚，氯代酚以及天然多酚类化合物反应，生成相对应的稳定的氢键复合物。尤其是通过研究2，9-Me2OP抑制多酚促氧化的反应，我们提出了一种2，9-Me2OP不依赖于铜离子的新型解毒机制，具有潜在的生物学意义。　　第三部分:二氯二羟基苯醌/邻菲罗啉氢键复合物的合成与结构研究前面的研究表明，2，9-Me2OP与TCC之间能够形成具有垂直构象的多重氢键复合物。其中，由于TCC的两个羟基以及2，9-Me2OP中的两个N原子均为邻位，因此其氢键的成键方向是固定的，只能形成1∶1的产物。二氯二羟基苯醌(2，5-Dichloro-3，6-dihydroxy-1，4-benzoquinone，DDBQ)是PCP及TCC的一种重要代谢终产物。由于其分子中两个羟基是对位取代的，所以不仅可以和多种含N的有机物反应生成1∶1，1∶2的产物，而且还可能通过DDBQ的分子间氢键发生链增长，生成具有特殊构型和功能的超分子有机化合物，因此是一种很好的超分子化合物合成元件。为了扩展之前的2，9-Me2OP/TCC的氢键体系，我们研究了DDBQ与邻菲罗啉类化合物之间的反应，发现它们之间不仅能形成类似的氢键复合物，而且苯基取代的邻菲罗啉与DDBQ之间还能形成两种不同形式的超分子化合物。这些有趣的超分子结构对于研究邻菲罗啉类物质取代基团的作用有着重要的意义。　　综上，本研究通过多种分析方法，发现并鉴定了几类新型金属三元络合物和氢键复合物，通过分析研究其确切的分子结构以及相关的化学性质，解释了这些三元络合物及氢键复合物产生复合毒性和其它生物效应的分子机理。本研究为将来研究有机和无机化合物诱导的复合毒性和其它生物效应的分子机理打下了坚实的实验和理论基础。