阿米雷司類似物4’-F-4-MAR的結(jié)構(gòu)解析與表征

（公安部禁毒情報技術(shù)中心 毒品監(jiān)測管控與禁毒關(guān)鍵技術(shù)公安部重點實驗室，北京 100193）

目前，全球范圍內(nèi)新精神活性物質(zhì)（new psychoactive substances，NPS）的制造、販賣、走私、濫用問題越來越突出，已成為國際禁毒領(lǐng)域公認的難題。新精神活性物質(zhì)又被稱為策劃藥（designer drug）、毒品類似物（drug analogue）或合法興奮劑（legal highs）。從結(jié)構(gòu)上看，他們一部分是通過對已列管毒品進行細微的結(jié)構(gòu)修飾而得到的，另一部分則是全新設(shè)計和篩選出來的。由于新精神活性物質(zhì)生產(chǎn)工藝簡單、原料易于獲取，違法成本較低，交易形式隱蔽，而且價格遠比管制毒品低廉，在歐美等國家呈快速蔓延之勢[1-3]。2009—2016年，106個國家和地區(qū)向聯(lián)合國毒品和犯罪問題辦公室報告了739種NPS[2]。執(zhí)法部門報告的NPS緝獲量也大幅增加，和NPS有關(guān)的嚴重中毒、死亡和其他類型的傷害也大幅增加[3-4]。

阿米雷司（aminorex）和甲米雷司（4-甲基阿米雷司，4-methylaminorex，4-MAR）（圖 1）均屬于精神藥物，已被列入聯(lián)合國“1971精神藥物公約”[5]中進行管控，我國也于2007年將其列入精神藥品管控目錄。阿米雷司于1965年在歐洲作為食欲抑制劑上市，1968年因其導(dǎo)致肺動脈高壓流行而撤市。此藥可致阻塞性肺動脈高壓并導(dǎo)致死亡，其特征為暴發(fā)性，并迅速發(fā)展為勞力性呼吸困難、胸痛及勞力性虛脫。20世紀80年代，阿米雷司類似物甲米雷司開始出現(xiàn)在毒品市場上[6]。2000年前后，新的阿米雷司類似物4，4’-二甲基阿米雷司（4，4’-dimethylaminorex，4，4’-DMAR）被發(fā)現(xiàn)與多起死亡案件相關(guān)聯(lián)[7]，從而使阿米雷司衍生藥物聲名狼藉。2018年，4’-F-4-甲基阿米雷司（4’-F-4-methylaminorex，4’-F-4-MAR）開始出現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)上并進行售賣[8]，其合成方法甚至被一名化學(xué)家公布在網(wǎng)上[9]。

圖1 阿米雷司及其類似物的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structures of aminorex and its analogues

公安部禁毒情報技術(shù)中心國家毒品實驗室于2010年啟動了NPS監(jiān)測項目[10-12]，通過收集并分析可疑樣品來監(jiān)控NPS的制造、分銷和走私。近期，國家毒品實驗室收到地方公安部門送檢的可疑粉末樣品。將該樣品經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜法（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）分析后得到的質(zhì)譜圖在NIST譜庫[13]、SWGDRUG質(zhì)譜庫[14]和Cayman質(zhì)譜庫[15]中檢索，未發(fā)現(xiàn)與之相匹配的結(jié)果。經(jīng)進一步的超高效液相色譜-串聯(lián)四極桿飛行時間質(zhì)譜（ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole timeof-flight-mass spectrometry，UPLC-QTOF-MS）、一維和二維核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）和傅里葉變換紅外光譜儀（Fourier transform infrared spectrometer，F(xiàn)TIR）的綜合分析，最終確定了該化合物為新的阿米雷司類似物5-（4-fluorophenyl）-4-methyl-4，5-dihydro-1，3-oxazol-2-amine，即4’-F-4-MAR?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外均尚未有公司提供該化合物的對照品，因此本研究提供了該化合物的GC-MS、UPLC-QTOFMS、NMR和FTIR譜圖，以供法庭科學(xué)實驗室在檢出該化合物或其他類似化合物時進行參考。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

GCMS-QP2010氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（日本島津公司）；Acquity UPLC I-Class系統(tǒng)（美國Waters公司）；Triple TOFTM5600高分辨四極桿-飛行時間質(zhì)譜儀（美國AB Sciex公司），配有電噴霧離子化（electrospray ionization，ESI）源；AVANCE Ⅲ HD-400 MHz核磁共振波譜儀（德國Bruker公司）；Frontier傅里葉變換紅外光譜儀（美國PerkinElmer公司），配有金剛石光窗單次衰減全反射（attenuated total reflection，ATR）附件。

甲醇、乙腈、甲酸均購自德國默克公司，色譜純；氘化氯仿（CDCl3，99.8%，美國劍橋同位素實驗室）；Advantage A10超純水系統(tǒng)（美國密理博公司）。

1.2 儀器條件

1.2.1 GC-MS分析條件

色譜柱使用Agilent DB-5 MS石英毛細管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）。升溫程序：140℃保持3 min，20℃/min升至320℃，保持13 min。載氣（氦氣）流速為1mL/min，分流比為20∶1，溶劑延遲3min，進樣口溫度280℃，電子轟擊（electron impact，EI）離子源的電子能量為70 eV，離子源溫度230℃，傳輸線溫度250℃，質(zhì)量掃描范圍為m/z35～500。

1.2.2 UPLC-QTOF-MS分析條件

色譜柱使用Waters Acquity UPLC BEHTMC18柱（100mm×2.1mm，1.7μm），柱溫40℃，A相為0.1%（體積比）甲酸水溶液，B相為乙腈。梯度洗脫程序：初始為5%B，0～8.0min（5%～90%B），9.0～9.5min（90%B），9.5～9.6 min（90%～5%B），9.6～12 min（5%B）。流速0.4 mL/min；進樣量為1 μL；電噴霧離子化-碰撞誘導(dǎo)解離（electrospray ionization-collision induced dissociation，ESI-CID），正離子全掃描及二級質(zhì)譜掃描；電離噴霧電壓5.5 kV；去簇電壓80 V；噴霧溫度600℃；霧化氣（N2）50psi；脫溶劑氣（N2）30psi；氣簾氣30psi；一級質(zhì)譜碰撞能量10V，質(zhì)量掃描范圍m/z100～1000；二級質(zhì)譜碰撞能量（35±15）V，質(zhì)量掃描范圍為m/z50～1000。

1.2.3 NMR分析條件

1H核磁共振（1H-NMR），400 MHz；13C核磁共振（13C-NMR），100 MHz；二維核磁共振（two-dimensional NMR，2D-NMR），13C-無畸變極化轉(zhuǎn)移增強（13C-distortionless enhancement by polarization transfer，13C-DEPT）、氫/氫相關(guān)譜（1H/1H-correlation spectroscopy，1H/1H-COSY）、碳/氫異核單量子相關(guān)譜（13C/1H-heteronuclear single-quantum correlation spectroscopy，13C/1H-HSQC）和異核多鍵碳氫相關(guān)譜（13C/1H heteronuclear multiple-bond correlation spectroscopy，13C/1H-HMBC）。1H和13C核磁共振的化學(xué)位移參考四甲基硅烷（tetramethylsilane，TMS）。

1.2.4 FTIR分析條件

采集范圍為 4 000～650 cm-1，波長分辨率 4 cm-1，采樣16次。

1.3 樣品處理

將送檢樣品研磨均勻，稱取適量，以甲醇為溶劑，配制成1 mg/mL溶液，超聲振蕩10 min，5 000×g離心5 min，取上清液供GC-MS分析。取上清液用0.1%（體積比）甲酸水溶液稀釋，配制成1 μg/mL溶液，供UPLC-QTOF-MS分析。稱取約15mg樣品溶解于1mL CDCl3中，供NMR分析。

2 結(jié)果與討論

該樣品的總離子流色譜圖（圖2）上有兩個譜峰，5.9 min為主峰，6.2 min為小峰，2個峰的質(zhì)譜圖幾乎一致。將圖3的質(zhì)譜圖在NIST譜庫[13]、SWGDRUG質(zhì)譜庫[14]和Cayman質(zhì)譜庫[15]中檢索，均未檢索到相匹配的結(jié)果。因此推測該物質(zhì)為新的NPS化合物。進一步對該樣品進行UPLC-QTOF-MS、NMR和FTIR分析，解析其結(jié)構(gòu)。

采用UPLC-QTOF-MS分析，在電噴霧正離子化（positive electrospray ionization，ESI+）模式下，未知化合物的一級質(zhì)譜圖（圖4A）中顯示其準分子離子[M+H]+為195.092 6，預(yù)測分子式為C10H12FN2O+（表1）。將該分子離子（C10H12FN2O+）與4，4’-DMAR的分子離子（C11H15N2O+）相比較，差異為多了1個氟原子，少了一個CH3基團。該化合物的二級質(zhì)譜圖（圖4B）中碎片離子m/z152.087 7（C9H11FN+）、135.061 0（C9H8F+）和109.0453（C7H6F+）比4，4’-DMAR的LC-MS二級質(zhì)譜圖[7]中碎片離子 148.117 8、131.085 6、105.069 6均大于4，因此推斷該化合物是4，4’-DMAR的類似物，具體為苯環(huán)中的甲基被氟原子取代。該化合物的EI質(zhì)譜圖（圖3A）中的碎片離子m/z194、179、150、123、95與 4，4’-DMAR 的EI質(zhì)譜圖[7]中碎片離子m/z190、175、146、119、91相比，同樣均大于4，再次印證了該化合物是4，4’-DMAR的氟取代類似物的推斷。

圖2 樣品的總離子流色譜圖Fig.2 Total ion chromatogram of the sample

圖3 4-F’-4-MAR異構(gòu)體1（A）和異構(gòu)體2（B）質(zhì)譜圖Fig.3 Mass spectra of isomer 1（A）and 2（B）of 4-F’-4-MAR

圖4 UPLC-QTOF-MS分析4’-F-4-MAR的質(zhì)譜圖Fig.4 Mass spectra obtained by UPLC-QTOF-MS for 4-F’-4-MAR

表1 4’-F-4-MAR的UPLC-QTOF-MS二級質(zhì)譜碎裂離子一覽表Tab.1 List of UPLC-QTOF-MS secondary fragmentation ions of 4’-F-4-MAR

GC-MS和UPLC-QTOF-MS質(zhì)譜圖中碎片離子都表明了未知化合物為苯環(huán)上的甲基被氟原子取代的結(jié)構(gòu)，氟原子具體取代位置只能依靠核磁共振分析結(jié)果進一步確定。樣品的核磁共振氫譜和碳譜譜圖分別見圖5和圖6。在C-9/C-13（δ=7.30）和C-10/C-12（δ=7.06）位置的等效質(zhì)子（圖5）以及13C-19F相互作用的特征自旋-自旋耦合常數(shù)（1JC-F=245.2 Hz，2JC-F=21.3Hz，3JC-F=8.1Hz）（表2）表明氟取代基的位置在苯環(huán)的對位[16]。綜合GC-MS、LC-MS和NMR的結(jié)果，未知化合物結(jié)構(gòu)確定為4’-F-4-MAR。

根據(jù)4’-F-4-MAR的結(jié)構(gòu)（圖1）可以看到，該結(jié)構(gòu)存在順反2種構(gòu)型。該樣品的GC-MS總離子流色譜圖中存在的2個譜峰質(zhì)譜圖幾乎一致，提示了送檢樣品可能為順、反2個構(gòu)型的混合物。順反異構(gòu)體共存的情況同樣出現(xiàn)在化合物4-MAR和4，4’-DMAR中[6-7]。送檢樣品的氫譜和碳譜中也顯示了順反異構(gòu)體的存在。甲基和苯基的空間相互作用造成了順反兩種異構(gòu)體化學(xué)位移的差別。有研究結(jié)果[6]表明，反式-4-MAR碳譜的C-4、C-5和C-7的化學(xué)位移值均比順式-4-MAR高3×10-6～5×10-6。將樣品碳譜與4-MAR碳譜進行比較后發(fā)現(xiàn)：樣品中高含量異構(gòu)體C-4（δ=68.5）、C-5（δ=88.5）、C-7（δ=21.7）的化學(xué)位移與反式-4-MAR的C-4（δ=68.5）、C-5（δ=89.2）、C-7（δ=21.6）化學(xué)位移幾乎一致；樣品中低含量異構(gòu)體C-4（δ=63.0）、C-5（δ=84.2）、C-7（δ=18.5）的化學(xué)位移與順式-4-MAR的C-4（δ=63.0）、C-5（δ=84.7）、C-7（δ=18.5）化學(xué)位移幾乎一致（表2）。由此可以推斷樣品中高含量異構(gòu)體為反式結(jié)構(gòu)，低含量異構(gòu)體為順式結(jié)構(gòu)。

4’-F-4-MAR在EI模式下各碎片離子可能的碎裂途徑見圖7。EI譜圖中的基峰m/z70可能是分子離子中性丟失4-氟苯甲醛后形成的，該基峰的推測結(jié)構(gòu)為3-甲基氮雜環(huán)丙烷-2-亞胺離子，對應(yīng)的分子式為C3H6N2+。該碎片離子同樣存在于4-MAR和4，4’-DMAR的GC-EI-MS譜圖中[6-7]。分子離子失去CH3基團和CONH2基團分別生成碎片離子m/z179和m/z150。分子離子失去C3N2H5后生成碎片離子m/z123，碎片離子m/z123失去CO進一步生成了碎片離子m/z95。

圖5 4’-F-4-MAR的1H-NMR（400MHz，CDCl3）波譜圖Fig.5 1H-NMR（400MHz，CDCl3）spectrum of 4’-F-4-MAR

圖6 4’-F-4-MAR的13C-NMR（100MHz，CDCl3）波譜圖Fig.613C-NMR（100MHz，CDCl3）spectrum of 4’-F-4-MAR

表2 4’-F-4-MAR的1H-and13C-NMR化學(xué)位移值Tab.2 1H-and13C-NMR chemical shift of 4’-F-4-MAR

圖7 EI模式下4’-F-4-MAR的可能碎裂機理Fig.7 The proposed EI pattern of fragmentation mechanism for 4’-F-4-MAR

4’-F-4-MAR在ESI-CID模式下各碎片離子的可能碎裂途徑見圖8。準分子離子峰丟失4，5-二氫惡唑-2-胺基團生成了碎片離子m/z109，準分子離子峰中4，5-二氫惡唑-2-胺基團不同位置的斷裂和重排分別生成了碎片離子m/z152、135、133和115。

圖8 ESI-CID模式下4’-F-4-MAR的可能碎裂途徑Fig.8 Proposed ESI-CID pattern of fragmentation pathways of the product ions for 4’-F-4-MAR

送檢樣品（含4’-F-4-MAR的兩種異構(gòu)體）的FTIR光譜見圖9。該化合物在3 434 cm-1的伸縮振動峰和1604cm-1的變形振動峰顯示了胺結(jié)構(gòu)N-H鍵的特征吸收峰特征。

圖9 4’-F-4-MAR堿（含兩種異構(gòu)體）的FTIR光譜圖Fig.9 FTIR spectra for 4’-F-4-MAR base（two isomer）

3 結(jié)論

不斷出現(xiàn)的NPS對各國法庭科學(xué)實驗室的鑒定能力提出了挑戰(zhàn)。本研究以4’-F-4-MAR為例，詳細介紹了在沒有對照品參考的情況下如何對未知的NPS化合物進行結(jié)構(gòu)解析。通過綜合分析GC-MS、UPLC-QTOF-MS和NMR提供的質(zhì)譜和波譜信息，最終確定了送檢樣品為4’-F-4-MAR順反兩種異構(gòu)體的混合物。本研究還對4’-F-4-MAR在EI和ESI-CID 2種模式下生成的碎片離子進行了碎裂途徑的推導(dǎo)，這些信息將有助于其他法庭科學(xué)實驗室對4’-F-4-MAR及更多阿米雷司類似物進行結(jié)構(gòu)解析和檢測。