U系列新型合成阿片類物質(zhì)的質(zhì)譜特征

錢振華，賈 薇，花鎮(zhèn)東，劉翠梅

(1.公安部物證鑒定中心，北京 100038； 2.公安部禁毒情報(bào)技術(shù)中心，北京 100193)

新精神活性物質(zhì)自2009年興起以來(lái)不斷泛濫，愈演愈烈，已成為繼傳統(tǒng)毒品、合成毒品后全球流行的第三代毒品。據(jù)聯(lián)合國(guó)毒品和犯罪問(wèn)題辦公室統(tǒng)計(jì)，2009～2019年間，全球共報(bào)告了900多種新精神活性物質(zhì)，涉及100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。雖然各種新精神活性物質(zhì)在全球的檢出速度于2017年開始放緩，但仍然嚴(yán)重威脅社會(huì)安全和公共衛(wèi)生安全，是國(guó)際禁毒領(lǐng)域最為棘手和突出的問(wèn)題[1]。合成阿片類物質(zhì)是新精神活性物質(zhì)中的一類，隨著濫用阿片類藥物致死案例的激增，歐洲和北美正陷入一場(chǎng)“阿片類藥物危機(jī)”[2-7]。美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心數(shù)據(jù)顯示：2017年，美國(guó)有7.2萬(wàn)人死于濫用阿片類藥物，高于當(dāng)年死于車禍的人數(shù)。美國(guó)聯(lián)邦政府于2017年10月宣布，阿片類藥物危機(jī)成為國(guó)家公共衛(wèi)生緊急事件。

U系列化合物是20世紀(jì)70、80年代Upjohn公司合成的一系列物質(zhì)的總稱，是合成阿片類物質(zhì)的一個(gè)重要亞類。它們的基本結(jié)構(gòu)是酰胺基中N原子上有環(huán)己基取代的苯甲(乙)酰胺類化合物，結(jié)構(gòu)示于圖1。這些化合物最早擬作為鎮(zhèn)痛藥使用，并申請(qǐng)了專利[8-21]，但其中大多數(shù)物質(zhì)未進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)階段。2014年起，這些物質(zhì)或經(jīng)修飾而成的具有類似化學(xué)結(jié)構(gòu)的一系列相關(guān)化合物相繼出現(xiàn)在毒品消費(fèi)市場(chǎng)。目前有報(bào)道的U系列化合物包括U-50488、U-62066、U-48800、U-47700、U-49900等15種物質(zhì)[22]。隨著全球?qū)Ψ姨犷愇镔|(zhì)管制力度的加強(qiáng)，Sharma等[22]預(yù)測(cè)U系列化合物極有可能成為毒品消費(fèi)市場(chǎng)新的流行趨勢(shì)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外法庭科學(xué)領(lǐng)域?qū)τ赨系列化合物分析方法的研究較少，僅有少量文獻(xiàn)[23-27]對(duì)單個(gè)化合物進(jìn)行分析，多采用色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，如液相色譜-質(zhì)譜法(LC-MS)、氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的快速、準(zhǔn)確分析。對(duì)于已知化合物，傳統(tǒng)的質(zhì)譜定性分析方法通常使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，將待測(cè)物的質(zhì)譜信息與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)比，以確定所檢測(cè)的化合物。然而，在新物質(zhì)數(shù)量快速增長(zhǎng)的情況下，很難及時(shí)獲取標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，且新化合物的質(zhì)譜圖很難被添加到通用的商業(yè)化質(zhì)譜庫(kù)中。如果缺少標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，則需要通過(guò)對(duì)待測(cè)物的質(zhì)譜行為進(jìn)行詳細(xì)研究和解析才能鑒定。

本研究擬采用GC-MS法和超高效液相色譜-四極桿串聯(lián)飛行時(shí)間質(zhì)譜法(UPLC-Q TOF MS)分析國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的6種U系列新型合成阿片類物質(zhì)，其詳細(xì)信息列于表1。對(duì)獲得的質(zhì)譜圖進(jìn)行解析，探討其在電子轟擊源(EI)和電噴霧正離子碰撞誘導(dǎo)解離(ESI+-CID)模式下的分子裂解機(jī)理，希望為快速鑒定U系列新型合成阿片類物質(zhì)提供參考。

圖1 U系列新型合成阿片類物質(zhì)的骨架結(jié)構(gòu)Fig.1 Skeleton structure of U-drugs novel synthetic opioids

表1 6種U系列新型合成阿片類物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和精確分子質(zhì)量Table 1 Chemical structure and exact molecular mass of U-drugs novel synthetic opioids

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

QP-2010 Ultra氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：日本島津公司產(chǎn)品；Acquity UPLC I-Class超高效液相色譜儀：美國(guó)Waters公司產(chǎn)品；Q-TOF MS 5600高分辨四極桿-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀：美國(guó)AB Sciex公司產(chǎn)品。

U-47700、U-49900、U-48800標(biāo)準(zhǔn)品：美國(guó)Cerilliant公司產(chǎn)品；經(jīng)核磁共振確定N-methyl U-47931E、MD-U-47700、Isopropyl-U-47700結(jié)構(gòu)的3種U系列新型合成阿片類物質(zhì)樣品：由國(guó)家毒品實(shí)驗(yàn)室提供；乙腈(色譜純)：美國(guó)Fisher公司產(chǎn)品；甲酸、甲醇(色譜純)：德國(guó)Merck公司產(chǎn)品；超純水：由美國(guó)Millipore公司的超純水器制得。

1.2 樣品溶液的制備

將固體樣品研磨均勻，稱取適量，用甲醇溶解，搖勻，配制成1 g/L甲醇溶液。各取適量的1 g/L甲醇溶液，供GC-MS分析。再用0.1%甲酸水溶液將1 g/L甲醇溶液稀釋至1 mg/L，離心，取上清液，供UPLC-Q TOF MS分析。

1.3 實(shí)驗(yàn)條件

1.3.1GC-MS條件 色譜柱：Aglient DB-5MS石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；柱溫140 ℃，保持3 min，以20 ℃/min升至320 ℃，保持13 min；載氣(He)流速1 mL/min；分流進(jìn)樣，進(jìn)樣量1 μL，分流比40∶1；進(jìn)樣口溫度280 ℃。

EI電離模式，電子能量70 eV，離子源溫度230 ℃，接口溫度250 ℃，質(zhì)量掃描范圍m/z35～500。

1.3.2UPLC-Q TOF MS條件 色譜柱：Waters Acquity UPLC BEH C18柱(2.1 mm×100 mm×1.7 μm)；柱溫40 ℃；流動(dòng)相：A為0.1%甲酸水溶液，B為乙腈；梯度洗脫程序：0～8.0 min(5%～90%B)，8.0～9.5 min(90%B)，9.5～9.6 min(90%～5%B)，9.6～12 min(5%B)；流速0.4 mL/min；進(jìn)樣量1 μL。

DuoSpray離子源，ESI正離子模式，離子源溫度600 ℃，噴霧電壓5 500 V，霧化氣壓力344.7 kPa，輔助加熱氣壓力344.7 kPa，氣簾氣壓力206.8 kPa；TOF全掃描模式，去簇電壓80 V，碰撞能量5 V，質(zhì)量掃描范圍m/z100～1 000；二級(jí)碰撞誘導(dǎo)解離(CID)模式，碰撞能量(35±15) V，質(zhì)量掃描范圍m/z50～1 000。

2 結(jié)果與分析

2.1 GC-MS分析及碎裂規(guī)律推測(cè)

在1.3.1節(jié)條件下，6種U系列新型合成阿片類物質(zhì)的質(zhì)譜圖示于圖2。

注：a.U-47700；b.U-49900；c.U-48800；d.MD-U-47700；e.N-methyl U-47931E；f.Isopropyl-U-47700圖2 U系列新型合成阿片類物質(zhì)的EI-MS質(zhì)譜圖Fig.2 Mass spectra of U-drugs novel synthetic opioids obtained by EI-MS

由圖2可以看出，U系列新型合成阿片類物質(zhì)的EI質(zhì)譜圖呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：1) 分子離子峰豐度較低；2) 幾乎都出現(xiàn)了m/z84和m/z125的峰。推測(cè)的碎裂途徑示于圖3。U系列新型合成阿片類物質(zhì)在EI離子源作用下失去1個(gè)電子生成分子離子峰碎片。分子離子峰碎片中苯基酰胺基和環(huán)己基之間的N—C鍵發(fā)生斷裂，得到取代環(huán)己烷碎片A(MA=81+MR2)。由于R2中含有雜原子N，因此取代環(huán)己烷碎片A發(fā)生簡(jiǎn)單斷裂和氫重排相互組合的多鍵斷裂[28]，開環(huán)脫去丙烯，得到帶有R2取代的環(huán)丙烷正離子B(MB=40+MR2)。

圖3 EI模式下，U系列新型合成阿片類物質(zhì)可能的碎裂途徑Fig.3 Proposed fragmentation pathways of product ions for U-drugs novel synthetic opioids obtained at EI-MS mode

2.2 UPLC-Q TOF MS分析及碎裂規(guī)律推測(cè)

由于U系列新型合成阿片類物質(zhì)的多數(shù)苯環(huán)上存在鹵素取代，因此在電噴霧正離子模式下， U系列新型合成阿片類物質(zhì)的一級(jí)質(zhì)譜圖中，除了準(zhǔn)分子離子峰[M+H]+外，還出現(xiàn)了明顯的同位素峰[M+2+H]+。可以通過(guò)一級(jí)質(zhì)譜圖中同位素峰的相對(duì)豐度，判斷化合物中鹵素的元素種類及個(gè)數(shù)。二級(jí)質(zhì)譜圖中除準(zhǔn)分子離子峰[M+H]+外，還會(huì)出現(xiàn)至少5個(gè)峰，分別為離子碎片A～E，其中A為基峰，A比B的質(zhì)量數(shù)多80，C比D的質(zhì)量數(shù)多28，E的精確質(zhì)量數(shù)為81.069 9。推測(cè)U系列新型合成阿片類物質(zhì)的裂解途徑為：[M+H]+先脫去環(huán)己基上的取代基R2，得到離子A，其在MS2中豐度最高。離子A再脫去環(huán)己基，得到離子B(MA-MB=80)。離子B中酰胺的C—N鍵發(fā)生α斷裂，脫去NH2R1，形成酰陽(yáng)離子C。離子C脫去CO，得到離子D(MC-MD=28)。[M+H]+還會(huì)直接發(fā)生酰胺的C—N鍵斷裂，得到環(huán)己烯離子E(m/z81.069 9)。當(dāng)化合物中含有苯乙酰胺時(shí)，在得到離子E的同時(shí)，還會(huì)生成離子F(m/z112.112 1)，該離子是判斷化合物中含苯甲酰胺還是苯乙酰胺的特征離子。U系列新型合成阿片類物質(zhì)的二級(jí)質(zhì)譜圖示于圖4，推測(cè)的碎裂途徑示于圖5，各化合物二級(jí)質(zhì)譜圖中的主要碎片離子信息列于表2。

3 結(jié)論

采用GC-MS法和UPLC-Q TOF MS法分析6種U系列新型合成阿片類物質(zhì)，由于該類物質(zhì)具有相同的骨架和類似的分子結(jié)構(gòu)，因而它們?cè)贓I和ESI-CID模式下的碎裂途徑和碎片離子具有高度的相似性。在EI模式下，碎裂主要發(fā)生在酰胺基和環(huán)己基之間的N—C鍵上，得到取代環(huán)己烷碎片A(MA=81+MR2)和取代環(huán)丙烷正離子B(MB=40+MR2)；在ESI+模式下，碎裂主要發(fā)生在酰胺基的兩端及內(nèi)部，得到至少5個(gè)離子碎片。鑒于U系列化合物很可能成為繼芬太尼類之后流行的新型合成阿片類物質(zhì)，更多結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)可能被合成和濫用，在對(duì)可疑樣品進(jìn)行分析時(shí)，本實(shí)驗(yàn)總結(jié)的該類物質(zhì)的碎裂規(guī)律可作為判斷其是否屬于U系列新型合成阿片類物質(zhì)的依據(jù)，據(jù)此推測(cè)其可能的結(jié)構(gòu)。

圖4 U系列新型合成阿片類物質(zhì)的ESI-MS質(zhì)譜圖Fig.4 Mass spectra of U-drugs novel synthetic opioids obtained by LC-ESI-Q TOF MS

圖5 ESI-CID模式下，U系列新型合成阿片類物質(zhì)可能的碎裂途徑Fig.5 Proposed fragmentation pathways of product ions for U-drugs novel synthetic opioids obtained at ESI-CID mode

表2 ESI-CID模式下，U系列新型合成阿片類物質(zhì)的主要碎片離子信息Table 2 Main fragment ions information for U-drugs novel synthetic opioids obtained at ESI-CID mode

續(xù)表2