来源：知乎
作者：啃米 PSL University 化学博士在读
记得在某养生节目中，有专家放言含苯环结构的物质大多不好，平时也常听人谈苯色变。
假如分子有意识，那苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、多巴胺、某些维生素、甲状腺素等等一定会感到自己的处境很尴尬。还有无数救死扶伤的药物，比如常见的阿司匹林、扑热息痛、布洛芬、苯佐卡因、阿莫西林等等，它们大概会拒绝提供服务吧。
物质是中立的。苯环结构是自然界能量最低法则的产物，六个平面碳竖起各自的p轨道，互相交织，六个电子在连绵一片的大π键中自由打转，实现了原子层面的共产主义。
孤枝易折，绑在一起的弓箭则不容易断，面对外界硬要拆散化学键的家伙，苯环就比单独的双键稳健地多。也正因为如此，苯环结构在天然物中广泛存在。比如木质素，曾经一度因为化学性质稳定差点灭了地球的碳循环，直到有个聪明的真菌想出办法降解了木质素，才演变成我们熟悉的世界。
所以苯环是如何被污名化的呢？
因为苯它确实致癌呀_(´ཀ`」 ∠)_
只不过凶手另有其人，这就要说到细胞色素P450。
生命体拆化学键的本领是一定要有的，不然也没法利用外来物质进行新陈代谢。而作为高等生物，自然也演化出徒手拆自然界中稳定结构的本事，其中就有声名显赫的细胞色素P450家族，把进入人体的认识的、和不认识的脂溶性物质能掰断的化学键先掰断，再硬塞进一个氧原子。
所以苯进入人体后，一经加工成了环氧苯。稳定的芳香结构被打破，环氧苯非常不安分，来回和氧杂环庚三烯变换。
为了消灭这些高活性的不安定因素，接着又发生了三种途径的代谢，变成了苯巯基尿酸、苯酚类、苯醌类、已二烯二酸、葡萄糖苷酸或硫酸盐结合物等物质。
而苯的这些代谢产物，其中有一些可以与DNA发生共价结合，形成DNA加合物，还有一些可能转化成自由基的形式引起DNA断裂。凡此种种，都会影响细胞功能导致肿瘤的发生。
既然苯是起因（间接致癌物），苯的代谢产物是凶手，细胞色素是帮凶，那为了掐灭癌症的可能性，必须想点对策才行。细胞色素当然是选择原谅它啊，不然还能怎样？╮(╯▽╰)╭人家平日帮你解毒，只不过这次老司机翻车造了一回毒。
那如果在苯上引入一些基团，比如甲苯或苯胺，毒性会小些吗？
与苯在人体中氧化反应不同，甲苯的氧化反应大多发生在甲基上，能被迅速氧化成苯甲酸，然后与肝脏中的甘氨酸缩合，以马尿酸的形式排出体外。同理，曾几度造成社会恐慌的PX（对二甲苯）也是低毒性的，在人体内最终代谢成甲基马尿酸排出。
仅仅添加了一个甲基，甲苯与苯这两种结构十分类似的化合物，在生理活性上表现出了巨大的差异。甲苯的氧化直接避免了生成致癌的中间体，因此在现代化学实验室，几乎都用甲苯代替苯作为溶剂，以减少对研究人员的伤害。
苯胺和甲苯一样，氧化发生在氨基上，生成苯基羟胺。苯基羟胺虽然不像环氧苯那么不老实，但也是个祸害：它能导致中毒性高铁血红蛋白血症，使血红蛋白无法携氧，机体缺氧溶血，引起中枢神经系统、心血管系统的损伤。此外，苯基羟胺也能通过硝基苯在体内的还原反应生成。
在苯环结构被污名化的过程中，多环芳香烃也是一个重要推手。
多环（稠环）芳香物指的是分子中含有两个或两个以上并环苯环结构的烃类化合物，并且不包含任何杂原子和取代基，是最早被认识的化学致癌物。早在1775年英国外科医生Pott就提出打扫烟囱的童工，成年后多发阴囊癌，其原因就是燃煤烟尘颗粒穿过衣服擦入阴囊皮肤所致，实际上就是煤炱中的多环芳香烃所致。多环芳香烃存在于煤和焦油沉积物中，也能通过有机物质的不完全燃烧产生（例如在发动机和焚化炉中，当森林火灾中的生物质燃烧时等）。例如，由含碳燃料例如木柴、木碳、油脂和烟草的不完全燃烧所产生，也存在于烤焦的肉类中。
然而或许让你出乎意料的是相当一部分多环芳烃并不致癌，比如最简单的萘、蒽和菲。与苯和甲苯的例子不同的是，它们的衍生物反而通常具有高致癌性。
以菲为例，它的反应位点主要在9和10位上，其双键也相对活泼。当菲环上引入供电子基团时（比如甲基），那些自由打转的电子被挤去9和10位上，致使这两个碳周围的电子云密度升高，这也意味着9、10位双键更加被激活，使得菲的衍生物在体内极易被氧化成致癌的环氧化物。
在对不带取代基的多环芳烃的毒理学研究中，其中最富盛名的当属苯并[a]芘。它从18世纪以来，便发现与许多癌症有关。苯并[a]芘进入人体后，一部分会随着排泄物排除体外，而另一部分会经肝、肺细胞内的酶转化为数十种代谢产物，其中二羟环氧苯并芘能与DNA共价结合，是产生高致癌性的罪魁祸首。
据说烟草燃烧的烟雾中含有7000多种已知的化学物质，一包烟大约含有0.32μg 的苯并芘，除此之外，一氧化碳、重金属、有机农药也是危害健康的杀手。
随着合成化学的发展和越来越多的生理机制被阐明，科学家和研发人员总结出了一大套构效关系。比如从代谢的角度看，给目标分子引入一个甲基的行为，除了上述提到的被代替氧化和提升反应活性以外，还有可能会发生脱落迁移变成烷化剂，或者保护一些过于活泼官能团增加其代谢稳定性。
这些行为和分子本身一样，都是中立的，好坏取决于修饰底物的目的。比如烷化剂会导致健康细胞的DNA突变引发癌症，而对癌细胞而言，烷化剂又能起到抑制作用。曾在二战用作化学武器的氮芥类物质就经过结构修饰成了化疗药物。
药物化学/毒理学是高度复杂精细的学科，然而即使总结出了各种规律，分子仍是作为一个不可分割整体在研究，无法抽离出单独的一部分评价。失之毫厘，差之千里，苯致癌的锅，含苯环的物质不背。
转自：“豌豆工作室”微信公众号
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