苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素质谱特征的研究

    钱振华 贾薇 刘翠梅

    

    

    

    摘?要?采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）法和超高效液相色谱-串联四极杆飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS）法对新一代合成大麻素苯基异丙基（CUMYL）-酰胺系列化合物进行分析。GC-MS分析采用Aglient DB-5MS石英毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），以140℃为初温进行程序升温，在电子轰击源（EI）模式下采集数据;UPLC-QTOF-MS分析采用Waters Acquity UPLC BEH C18色谱柱（100 mm×2.1 mm， 1.7 μm），以0.1%甲酸（A）-乙腈（B）为流动相进行梯度洗脱，在电喷雾正离子（ESI+）-碰撞诱导解离（CID）模式下采集数据。通过总结此类物质在两种模式下获得的碎片离子与分子结构的关系，推测其可能的碎裂途径，并归纳了通过特征性离子快递筛查未知CUMYL-酰胺系列合成大麻素的方法，为此类物质的鉴定提供了参考。

    关键词?气相色谱-质谱联用; 超高效液相色谱-串联四极杆飞行时间质谱; 新精神活性物质; 苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素; 特征性离子; 碎裂途径

    1?引 言

    合成大麻素是一系列具有类似天然大麻作用的人工合成物质。吸食合成大麻素能产生比天然大麻更强烈的快感[1]，这导致合成大麻素迅速蔓延，已成為新精神活性物质中涵盖物质种类最多、滥用最严重的毒品[2，3]。

    早期的合成大麻素可分为8种类型，包括萘甲酰基吲哚、萘乙基吲哚、萘甲酰基吡咯、萘乙基茚、苯甲酰基吲哚、苯乙酰基吲哚、环己基酚和经典大麻素[4]。在合成大麻素还未被列入管制的初期，JWH（John W. Huffman）系列化合物滥用现象明显，如JWH-018、JWH-073、JWH-250和JWH-122等。但是，合成大麻素更新换代十分迅速，一种物质被列入管制后， 通常会有另一种具有类似效果的新化合物迅速进入毒品市场。首先，JWH系列化合物中最有代表性的吲哚环被吲唑环取代; 之后，萘环逐渐被酰胺基、金刚烷基或喹啉环取代。基于此，之前合成大麻素的分类方法已经不再适用。目前，可将合成大麻素的结构分解为4个关键部分：带取代基的母核（Core）、链接部分（Linker）、带取代基的环（或称链接组）（Linked group）和末端取代基（Tail）[3]。

    由于合成大麻素更新换代迅速，品种数量众多，对公众健康和社会安全造成了严重危害。为应对此问题，各国政府采取了多种新措施加强管控。日本、美国、英国等国家多采用同系物法案[5]。目前，我国主要采用的还是逐一列举的列管办法。鉴于此，法庭科学实验室需要建立可靠、准确的合成大麻素定性与定量分析方法。对于已知的合成大麻素，传统的质谱定性与定量分析方法通常使用标准物质，将检测物的质谱图与标准物质的谱图进行比较，以确定所检测的化合物。然而，在新物质数量如此快速增长的情况下，标准物质很难及时获取，且新化合物的质谱图也常很难被添加到通用的商业化质谱库中。如没有标准物质，则必须通过对其质谱进行详细的研究和解析才能对其进行鉴定[6～11]。

    新一代苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素是以吲哚/吲唑为母核，以酰胺基为链接部分，以苯基异丙基为链接组，末端有各种不同取代基的一类化合物，结构见图1。目前已经确认的苯基异丙基-酰胺合成大麻素有17种[12]。苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素物质于2015年起才逐渐出现在新精神活性物质滥用市场，由于出现时间较短，其分析方法的研究较少，部分文献对苯基异丙基-酰胺合成大麻素进行了结构鉴定和定量分析，如Bovens等[13]对CUMYL-PINACA、CUMYL-5F-PINACA、CUMYL-4CN-BINACA、CUMYL-5F-P7AICA、CUMYL-4CN-B7AICA的结构表征，lmez等[14]对植物样本中CUMYL-4CN-BINACA的识别，Angerer等[15]对CUMYL-PEGACLONE的识别，Nash等[16]对CUMYL-PEGACLONE的热分解产物及其在生物检材中的检验，Ernsta等[17]对CUMYL-5F-P7AICA和CUMYL-PEGACLONE的定性和定量分析。还有少量文献报道了对苯基异丙基-酰胺合成大麻素的药理学性质研究， 如Dobaja等[18]对CUMYL-PINACA的中毒研究，Kevin等[19]对CUMYL-PICA和CUMYL-5F-PICA的药代动力学及代谢产物的研究，Longworth等[20]对CUMYL-BICA、CUMYL-PICA、CUMYL-5F-PICA、CUMYL-5F-PINACA及其类似物的药理学研究，Akiko等[21]对CUMYL-PINACA、CUMYL-5F-PINACA等7种苯基异丙基-酰胺合成大麻素的大麻活性研究，Staeheli等[22]对CUMYL-PINACA、CUMYL-5F-PINACA等5种物质的体内代谢研究，Ozturk等[23]对CUMYL-4CN-BINACA代谢物的研究等。

    我国于2012年起开展新精神活性物质监测项目，截至2020年，在新精神活性物质市场共查获6种苯基异丙基-酰胺合成大麻素：CUMYL-THPINACA、CUMYL-4CN-BINACA、CUMYL-5F-PINACA、CUMYL-5F-P7AICA、CUMYL-5F-PICA和CUMYL-PEGACLONE，其结构式见图2。这6种物质的母核包括吲哚、吲唑、7位N杂化吲哚及成环吲哚，末端取代基包括四氢吡喃环、烷基、卤代烷基、氰基烷基等，可较好地代表苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素物质的特征。本研究采用气相色谱-质谱联用（GC-MS）法和超高效液相色谱-四极杆串联飞行时间质谱（UPLC-QTOF-MS）法分析这6种物质，并对获得的质谱图进行分析，确定此类物质在裂解过程中形成的特征性离子并推测其裂解机理，为今后快速、简便、有效地筛查苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素提供新方法和新思路。

    2?实验部分

    2.1?仪器与试剂

    QP-2010Ultra气相色谱-质谱联用仪（日本岛津公司）; ACQUITY UPLC I-Class超高效液相色谱仪（美国Waters公司）; Q-TOF MS 5600高分辨四极杆-飞行时间质谱仪（美国AB Sciex公司）。

    经核磁共振确定6种CUMYL-酰胺（CUMYL-THPINACA、CUMYL-4CN-BINACA、CUMYL-5F-PINACA、CUMYL-5F-P7AICA、CUMYL-5F-PICA和CUMYL-PEGACLONE）合成大麻素样品由国家毒品实验室提供; 乙腈（色谱纯，美国Fisher公司）; 甲酸、甲醇（色谱纯，德国Merck公司）; 超纯水由美国Millipore公司超纯水仪制得。

    2.2?样品溶液的制备

    将固体样品研磨均匀，称取适量，用甲醇溶解，摇匀，配制成1 mg/mL的甲醇溶液，供GC-MS分析; 再用0.1%甲酸溶液稀释至1 μg/mL，离心，取上清液，供UPLC-QTOF-MS分析。

    2.3?实验方法

    2.3.1?GC-MS条件?色谱柱：Aglient DB-5MS石英毛细管柱（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; 载气（He）流速1 mL/min; 分流进样，进样量1 μL，分流比40∶1; 进样口温度280℃。EI电离模式; 电子能量70 eV; 离子源温度230℃; 接口温度250℃; 质量扫描范围m/z 35～500。

    2.3.2?UPLC-QTOF-MS条件?色谱柱：Waters Acquity UPLC BEH C18柱（100 mm×2.1 mm ×1.7 μm），柱温40℃; 流动相：A为0.1%甲酸溶液， B为乙腈; 梯度洗脱（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; 进样量1 μL。DuoSpray离子源，ESI正离子模式，离子源温度600℃，喷雾电压5500 V，雾化器压力344.7 kPa， 辅助加热气压力344.7 kPa， 气帘气压力206.8 kPa; TOF全扫描模式， 去簇电压80 V， 碰撞能量5 V， 扫描范围m/z 100～1000; 二级碰撞诱导解离（CID）模式， 碰撞能量（35±15）V， 扫描范围m/z 50～1000。

    3?结果与分析

    3.1?GC-MS分析及碎裂规律推测

    在2.3节条件下，6种苯基异丙基-酰胺合成大麻素得到完全分离，其总离子流色谱图及质谱图分别示于图3和图4。

    苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素的分子离子峰丰度都不高，碎裂主要发生在以下3个位置：（1）链接部分的酰胺基和链接组苯基异丙基之间的断裂; （2）链接部分的酰胺基内部C原子和N原子之间的断裂; （3）链接部分的酰胺基和母核之间的断裂。推测的碎裂途径见图5，主要特征离子信息见表1。

    3.2?UPLC-QTOF-MS分析及碎裂规律推测

    在2.3节条件下，6种苯基异丙基-酰胺合成大麻素的提取离子流色谱图如图6所示。

    在电喷雾正离子模式下，苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素的一级质谱见图7 （7A，7C，7E，7G，7I，7K），其一级质谱呈现出以下特点：（1）一般准分子离子峰[M+H]+是丰度最高的峰; （2）存在[M+23]+和[M+39]+峰，推测二者分别是[M+Na]+和[M+K]+。

    丙基，得到离子a。[M+H]+中酰胺的CN键发生α断裂，形成稳定的吲唑酰阳离子b，其在MS2中的丰度最高，是3-羰基吲唑/吲哚类合成大麻素的典型碎片离子[24]。离子b的进一步碎裂取决于取代基R1，如果R1为氟代饱和烷基，离子b会脱去HF，得到C13H13N2O+（m/z 213.1022），此离子进一步脱去烯烃，得到离子c（C8H5N2O+，m/z 145.0396）; 同时，离子b还会发生α断裂及F原子的重排，得到C9H6FN2O+（m/z 177.0459）。如果R1不为氟代饱和烷基，离子b会直接脱去R1，得到离子c; R1为环烃（包括芳香烃、杂环烃等），还能得到离子R1。[M+H]+还会发生酰胺N原子和苯基异丙基C原子NC键的α断裂，得到苯基异丙基离子d（C9H+11，m/z 119.0855）和卓翁离子e（C7H+7， m/z 91.0542）。可能的碎裂途径见图8A。

    CUMYL-5F-P7AICA和CUMYL-5F-PICA属于母核为吲哚的苯基异丙基-酰胺合成大麻素，其二级质谱中的碎片离子较多，见图7H和7J。与母核为吲唑的苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素类似，也会生成离子a、b、c、d、e。不同的是，离子a是MS2中的丰度最高的碎片离子。[M+H]+还会发生吲哚环和酰胺基之间的断裂，得到离子f。同样，如果R1为氟代饱和烷基，离子f会脱去HF，得到离子g。可能的碎裂途径见图8B。

    由于酰胺N原子和吲哚成环，所以CUMYL-PEGACLONE是以γ-咔啉酮为母核的特殊的苯基异丙基-酰胺合成大麻素，二级质谱图见7L。它的碎裂过程既展现出苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素的共性，生成离子a、d、e，又存在特殊性：离子a会失去戊基，得到C11H9N2O+（m/z 185.0709）; 由于存在酮基，离子a和C11H9N2O+都会失去一分子H2O，分别得到C16H17N+2（m/z 237.1386）和C11H7N+2（m/z 167.0604）。存在2个失去H2O的碎片离子是此物质的独特之处。可能的碎裂途径见图8C。

    4?结 论

    采用GC-MS和UPLC-QTOF-MS法分析6种苯基异丙基-酰胺合成大麻素，由于此类物质具有相同的骨架和类似的分子结构，因而在EI和ESI-CID模式下的碎裂途径和碎片离子也具有高度的相似性。苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素的碎裂过程多发生在酰胺基与苯基异丙基之间、酰胺基内部或者酰胺基与吲哚/吲唑环之间。当一种物质被列入管制后，类似物会迅速出现， 类似物化学结构的变化通常很小。本研究总结的碎裂规律可用于苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素的筛查过程，作为判断未知物是否属于苯基异丙基-酰胺系列合成大麻素的依据，据此推测其可能的结构。

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