U系列新型合成阿片類物質的質譜特征

錢振華，賈 薇，花鎮東，劉翠梅

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

新精神活性物質自2009年興起以來不斷泛濫，愈演愈烈，已成為繼傳統毒品、合成毒品后全球流行的第三代毒品。據聯合國毒品和犯罪問題辦公室統計，2009～2019年間，全球共報告了900多種新精神活性物質，涉及100多個國家和地區。雖然各種新精神活性物質在全球的檢出速度于2017年開始放緩，但仍然嚴重威脅社會安全和公共衛生安全，是國際禁毒領域最為棘手和突出的問題[1]。合成阿片類物質是新精神活性物質中的一類，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“阿片類藥物危機”[2-7]。美國疾病控制和預防中心數據顯示：2017年，美國有7.2萬人死于濫用阿片類藥物，高于當年死于車禍的人數。美國聯邦政府于2017年10月宣布，阿片類藥物危機成為國家公共衛生緊急事件。

U系列化合物是20世紀70、80年代Upjohn公司合成的一系列物質的總稱，是合成阿片類物質的一個重要亞類。它們的基本結構是酰胺基中N原子上有環己基取代的苯甲(乙)酰胺類化合物，結構示于圖1。這些化合物最早擬作為鎮痛藥使用，并申請了專利[8-21]，但其中大多數物質未進入臨床實驗階段。2014年起，這些物質或經修飾而成的具有類似化學結構的一系列相關化合物相繼出現在毒品消費市場。目前有報道的U系列化合物包括U-50488、U-62066、U-48800、U-47700、U-49900等15種物質[22]。隨著全球對芬太尼類物質管制力度的加強，Sharma等[22]預測U系列化合物極有可能成為毒品消費市場新的流行趨勢。當前國內外法庭科學領域對于U系列化合物分析方法的研究較少，僅有少量文獻[23-27]對單個化合物進行分析，多采用色譜-質譜聯用技術，如液相色譜-質譜法(LC-MS)、氣相色譜-質譜法(GC-MS)等，實現對物質的快速、準確分析。對于已知化合物，傳統的質譜定性分析方法通常使用標準物質，將待測物的質譜信息與標準物質對比，以確定所檢測的化合物。然而，在新物質數量快速增長的情況下，很難及時獲取標準物質，且新化合物的質譜圖很難被添加到通用的商業化質譜庫中。如果缺少標準物質，則需要通過對待測物的質譜行為進行詳細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-四極桿串聯飛行時間質譜法(UPLC-Q TOF MS)分析國內出現的6種U系列新型合成阿片類物質，其詳細信息列于表1。對獲得的質譜圖進行解析，探討其在電子轟擊源(EI)和電噴霧正離子碰撞誘導解離(ESI+-CID)模式下的分子裂解機理，希望為快速鑒定U系列新型合成阿片類物質提供參考。

圖1 U系列新型合成阿片類物質的骨架結構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的化學結構和精確分子質量Table 1 Chemical structure and exact molecular mass of U-drugs novel synthetic opioids

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

QP-2010 Ultra氣相色譜-質譜聯用儀：日本島津公司產品；Acquity UPLC I-Class超高效液相色譜儀：美國Waters公司產品；Q-TOF MS 5600高分辨四極桿-飛行時間質譜儀：美國AB Sciex公司產品。

U-47700、U-49900、U-48800標準品：美國Cerilliant公司產品；經核磁共振確定N-methyl U-47931E、MD-U-47700、Isopropyl-U-47700結構的3種U系列新型合成阿片類物質樣品：由國家毒品實驗室提供；乙腈(色譜純)：美國Fisher公司產品；甲酸、甲醇(色譜純)：德國Merck公司產品；超純水：由美國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 實驗條件

1.3.1GC-MS條件 色譜柱：Aglient DB-5MS石英毛細管柱(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；分流進樣，進樣量1 μL，分流比40∶1；進樣口溫度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，質量掃描范圍m/z100～1 000；二級碰撞誘導解離(CID)模式，碰撞能量(35±15) V，質量掃描范圍m/z50～1 000。

2 結果與分析

2.1 GC-MS分析及碎裂規律推測

在1.3.1節條件下，6種U系列新型合成阿片類物質的質譜圖示于圖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的EI-MS質譜圖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的EI質譜圖呈現以下特點：1) 分子離子峰豐度較低；2) 幾乎都出現了m/z84和m/z125的峰。推測的碎裂途徑示于圖3。U系列新型合成阿片類物質在EI離子源作用下失去1個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己基之間的N—C鍵發生斷裂，得到取代環己烷碎片A(MA=81+MR2)。由于R2中含有雜原子N，因此取代環己烷碎片A發生簡單斷裂和氫重排相互組合的多鍵斷裂[28]，開環脫去丙烯，得到帶有R2取代的環丙烷正離子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分析及碎裂規律推測

由于U系列新型合成阿片類物質的多數苯環上存在鹵素取代，因此在電噴霧正離子模式下， U系列新型合成阿片類物質的一級質譜圖中，除了準分子離子峰[M+H]+外，還出現了明顯的同位素峰[M+2+H]+?？梢酝ㄟ^一級質譜圖中同位素峰的相對豐度，判斷化合物中鹵素的元素種類及個數。二級質譜圖中除準分子離子峰[M+H]+外，還會出現至少5個峰，分別為離子碎片A～E，其中A為基峰，A比B的質量數多80，C比D的質量數多28，E的精確質量數為81.069 9。推測U系列新型合成阿片類物質的裂解途徑為：[M+H]+先脫去環己基上的取代基R2，得到離子A，其在MS2中豐度最高。離子A再脫去環己基，得到離子B(MA-MB=80)。離子B中酰胺的C—N鍵發生α斷裂，脫去NH2R1，形成酰陽離子C。離子C脫去CO，得到離子D(MC-MD=28)。[M+H]+還會直接發生酰胺的C—N鍵斷裂，得到環己烯離子E(m/z81.069 9)。當化合物中含有苯乙酰胺時，在得到離子E的同時，還會生成離子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的二級質譜圖示于圖4，推測的碎裂途徑示于圖5，各化合物二級質譜圖中的主要碎片離子信息列于表2。

3 結論

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，由于該類物質具有相同的骨架和類似的分子結構，因而它們在EI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，碎裂主要發生在酰胺基和環己基之間的N—C鍵上，得到取代環己烷碎片A(MA=81+MR2)和取代環丙烷正離子B(MB=40+MR2)；在ESI+模式下，碎裂主要發生在酰胺基的兩端及內部，得到至少5個離子碎片。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，更多結構相似的物質可能被合成和濫用，在對可疑樣品進行分析時，本實驗總結的該類物質的碎裂規律可作為判斷其是否屬于U系列新型合成阿片類物質的依據，據此推測其可能的結構。

圖4 U系列新型合成阿片類物質的ESI-MS質譜圖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

續表2