哌嗪類新精神活性物質(zhì)的質(zhì)譜特征研究

朱 娜，俞 晨，花鎮(zhèn)東，徐 鵬，王優(yōu)美，狄 斌,3，蘇夢(mèng)翔,3

(1.中國(guó)藥科大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210009；2.公安部禁毒情報(bào)技術(shù)中心國(guó)家毒品實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；3.國(guó)家禁毒委員會(huì)辦公室，中國(guó)藥科大學(xué)禁毒關(guān)鍵技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210009)

目前，不法分子利用法律漏洞對(duì)現(xiàn)有的管制毒品進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，合成被稱為第三代毒品即新精神活性物質(zhì)(new psychoactive substance，NPS)的新結(jié)構(gòu)化合物，此類新型毒品的毒性通常高于傳統(tǒng)毒品，具有極大的危害。聯(lián)合國(guó)毒品與犯罪問題辦公室(UNODC)按化學(xué)結(jié)構(gòu)將 NPS 分為九類，哌嗪類是較重要的一類[1]。哌嗪類NPS是“派對(duì)藥丸”的主要成分，最早于2000年初出現(xiàn)在新西蘭，被作為搖頭丸的替代品大規(guī)模使用，2004年蔓延至歐美國(guó)家。研究發(fā)現(xiàn)，哌嗪類新精神活性物質(zhì)通過模擬苯丙胺的分子作用機(jī)制，刺激多巴胺、去甲腎上腺素和五羥色胺的釋放，并抑制這些單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的重?cái)z取，對(duì)人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有和緩的興奮作用以及一部分致幻作用，具有與苯丙胺相似的依賴性，存在濫用的潛能[2-3]。

哌嗪可以用作驅(qū)蟲藥，其衍生物是許多藥物合成過程中的前體或中間體，這些藥物包括西地那非、環(huán)丙沙星、他達(dá)拉非、吩噻嗪、喹諾酮類抗生素和驅(qū)蟲藥等，但在任何國(guó)家，哌嗪及其衍生物均不屬于藥品或獸藥范疇[3-4]。哌嗪類NPS一般以哌嗪環(huán)為母體結(jié)構(gòu)，在多個(gè)位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造而得，常見的哌嗪類衍生物主要包括芐基哌嗪(BZP，benzylpiperazine)、1,4-二芐基哌嗪(DBZP,1,4-dibenzylpiperazine)、1-(3-氯苯基)哌嗪(mCPP,1-(3-chlorophenyl)-piperazine)和1-(3-三氟甲基苯基)哌嗪(TFMPP,1-(3-trifluoromethylphenyl)-piperazine)等4種，其化學(xué)結(jié)構(gòu)示于圖1。

圖1 芐基哌嗪(a)和苯基哌嗪(b)的基本骨架結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structures of benzylpiperazine (a) and phenylpiperazine (b)

自2015年10月1日起，我國(guó)的《非藥用類麻醉藥品和精神藥品列管辦法》中已經(jīng)將DBZP、mCPP、TFMPP[5]列入管制目錄，但由于新精神活性物質(zhì)更新?lián)Q代快，因此，快速鑒定未知新型疑似物的結(jié)構(gòu)是禁毒實(shí)戰(zhàn)的迫切需求。哌嗪類新精神活性物質(zhì)具有相同的骨架和類似的分子結(jié)構(gòu)，解析并總結(jié)此類新精神活性物質(zhì)的質(zhì)譜裂解規(guī)律，對(duì)快速推測(cè)繳獲疑似物的結(jié)構(gòu)具有重要參考意義。

目前，對(duì)哌嗪類新精神活性物質(zhì)的研究主要為GC-MS[6-7]和LC-MS/MS[8-9]的定量分析方法。已有實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)合成了哌嗪類衍生物擬作為治療偏頭痛和高血壓的候選藥物，并對(duì)其質(zhì)譜裂解規(guī)律進(jìn)行了報(bào)道[10-11]，但未見關(guān)于哌嗪類NPS的質(zhì)譜裂解規(guī)律研究總結(jié)。

本工作擬采用飛行時(shí)間質(zhì)譜和電噴霧三重四極桿質(zhì)譜對(duì)BZP、DBZP、mCPP和TFMPP進(jìn)行一級(jí)和二級(jí)質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集，對(duì)獲得的一級(jí)高分辨質(zhì)譜信息以及二級(jí)質(zhì)譜碎片信息進(jìn)行分析，總結(jié)常見的4種哌嗪類NPS在電噴霧離子源(ESI)模式下的特征碎片及可能的質(zhì)譜碎裂途徑，希望為此類物質(zhì)的鑒定提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與裝置

Agilent 1260 系列高效液相色譜儀、6224 TOF 質(zhì)譜儀、6470 Triple Quad LC/MS質(zhì)譜儀：美國(guó)Agilent公司產(chǎn)品，配有ESI離子源、飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(TOF)、三重四極桿質(zhì)量分析器(QQQ)、Mass hunter Qualitative Analysis B.07.00及08.00 軟件。

1.2 主要材料與試劑

甲醇、乙腈：色譜純，美國(guó)天地公司產(chǎn)品；去離子水：由美國(guó)PALL純水儀制備；甲酸：分析純，南京化學(xué)試劑股份有限公司產(chǎn)品；芐基哌嗪二鹽酸鹽、1,4-二芐基哌嗪、1-(3-氯苯基)哌嗪鹽酸鹽、1-(3-三氟甲基苯基)哌嗪二鹽酸鹽對(duì)照品：純度≥98%，由上海市刑事科學(xué)技術(shù)研究院、中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所提供。

1.3 實(shí)驗(yàn)條件

1.3.1樣品制備 分別取適量的各對(duì)照品，用甲醇逐級(jí)稀釋制得1 mg/L的各對(duì)照品溶液，作為待測(cè)溶液。各梯度溶液及待測(cè)溶液均于-20 ℃保存。

1.3.2一級(jí)質(zhì)譜條件 色譜條件：以含 0.1%甲酸的水-甲醇(30∶70，V/V)為流動(dòng)相，流速1.0 mL/min，進(jìn)樣量 10 μL。

質(zhì)譜條件：飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，流動(dòng)注射，ESI正離子檢測(cè)模式；正離子化噴霧電壓3 500 V；霧化氣壓276 kPa；毛細(xì)管電壓3 500 V；干燥氣溫度325 ℃；干燥氣流速10 L/min；裂解電壓135 V；質(zhì)量掃描范圍m/z100～800。選擇參比校準(zhǔn)液進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量數(shù)校正，參比離子m/z121.050 8。每天在測(cè)試前使用ESI調(diào)諧液對(duì)質(zhì)量軸進(jìn)行校準(zhǔn)，使質(zhì)量精度誤差小于2×10-6。

1.3.3二級(jí)質(zhì)譜條件 色譜條件：SHISEIDO CAPCELL PAK C18 MG色譜柱(150 mm×3 mm×3 μm)；流動(dòng)相：A為含0.1%甲酸的水溶液，B為乙腈，流速0.3 mL/min；柱溫35 ℃；進(jìn)樣量5 μL；梯度洗脫程序：0～1.5 min(2%B)，1.5～6.5 min(2%～90%B)，6.5～9.4 min(90%B)，9.4～9.5 min(90%～2%B)，9.5～12 min(2%B)。

質(zhì)譜條件：三重四極桿質(zhì)譜分析器，ESI正離子檢測(cè)模式；通過一級(jí)質(zhì)譜掃描確認(rèn)母離子后，對(duì)準(zhǔn)分子離子[M+H]+進(jìn)行誘導(dǎo)碰撞解離(CID)，碰撞能量25 eV，根據(jù)得到的二級(jí)質(zhì)譜圖對(duì)產(chǎn)生的碎片離子進(jìn)行分析，研究待測(cè)物的裂解特征。

2 結(jié)果與討論

2.1 一級(jí)質(zhì)譜結(jié)果

根據(jù)骨架結(jié)構(gòu)中哌嗪環(huán)與苯環(huán)間隔的碳數(shù)，可將化合物分為芐基哌嗪類(BZP、DBZP)和苯基哌嗪類(mCPP、TFMPP)。4種化合物的基本結(jié)構(gòu)中富含飽和N原子，易結(jié)合質(zhì)子，在正離子模式下具有較高的響應(yīng)，且在一級(jí)全掃描質(zhì)譜圖中，準(zhǔn)分子離子峰均為[M+H]+峰。4種哌嗪類物質(zhì)的一級(jí)質(zhì)譜圖示于圖2，一級(jí)質(zhì)譜數(shù)據(jù)列于表1。

2.2 芐基哌嗪類物質(zhì)的MS2分析及裂解規(guī)律

當(dāng)骨架結(jié)構(gòu)中哌嗪環(huán)和苯環(huán)通過甲基連接，則為芐基哌嗪類。對(duì)BZP，以準(zhǔn)分子離子峰[M+H]+m/z177為前體離子進(jìn)行碰撞誘導(dǎo)解離，其離子碎片示于圖3a。對(duì)DBZP，以準(zhǔn)分子離子峰[M+H]+m/z267為前體離子進(jìn)行碰撞誘導(dǎo)解離，其離子碎片示于圖3b。對(duì)質(zhì)譜圖中得到的碎片峰進(jìn)行解析，芐基哌嗪類化合物可能的碎裂途徑示于圖4。二級(jí)質(zhì)譜顯示，[M+H]+離子的哌嗪雜環(huán)與其氮原子上取代基的C—N鍵易斷裂，形成碎片離子a和b；BZP和DBZP的取代基R1均為H原子，得到的特征碎片離子b為典型的芐基離子，與卓鎓離子共軛而致穩(wěn)，是二級(jí)質(zhì)譜圖中豐度最高的離子，也是芐基哌嗪類物質(zhì)的典型碎片離子，與文獻(xiàn)[12]報(bào)道的特征碎片m/z91一致。DBZP的R2取代基為芐基，其碎片離子更豐富。推測(cè)其碎裂是由于哌嗪環(huán)的若干種重排，分別丟失CH2=NH、CH2=CHNH2、CH3CH2N=CH2，形成碎片離子c、d、e。另根據(jù)《新精神活性物質(zhì)分析手冊(cè)》顯示，DBZP在ESI模式下[M+H]+直接丟失哌嗪環(huán)，形成碎片離子f，但其豐度很低，幾乎檢測(cè)不到[13]。

注：a.BZP；b.DBZP；c.mCPP；d.TFMPP圖2 哌嗪類化合物的一級(jí)質(zhì)譜圖Fig.2 Mass spectra of piperazine analogues by TOF-MS

表1 芐基哌嗪類和苯基哌嗪類化合物的一級(jí)質(zhì)譜數(shù)據(jù)Table 1 Mass spectrometry data of benzylpiperazine and phenylpiperazine

注：a.BZP；b.DBZP；c.mCPP；d.TFMPP圖3 哌嗪類化合物的二級(jí)質(zhì)譜圖Fig.3 Mass spectra of piperazine analogues by QQQ-MS/MS

2.3 苯基哌嗪類物質(zhì)的MS2分析及裂解規(guī)律

當(dāng)骨架結(jié)構(gòu)中哌嗪環(huán)和苯環(huán)直接相連，則為苯基哌嗪類。常見的苯基哌嗪類化合物R1取代基為Cl等鹵素原子(mCPP)或鹵素取代甲基(TFMPP)，R2取代基一般為氫原子。以mCPP準(zhǔn)分子離子峰[M+H]+m/z197為前體離子進(jìn)行碰撞誘導(dǎo)解離，得到其離子碎片，示于圖3c。以TFMPP準(zhǔn)分子離子峰[M+H]+m/z231為前體離子進(jìn)行碰撞誘導(dǎo)解離，得到其離子碎片，示于圖3d。對(duì)質(zhì)譜圖中得到的碎片峰進(jìn)行解析，苯基哌嗪類化合物可能的碎裂途徑示于圖5。哌嗪雜環(huán)中的C—N鍵易斷裂，電荷留在接有苯環(huán)的一側(cè)，形成的碎片離子a豐度最高，分別對(duì)應(yīng)mCPPm/z154和TFMPPm/z188。接著碎片離子a丟失苯環(huán)上的取代基，進(jìn)一步形成豐度較高的碎片離子bm/z119，其是苯基哌嗪類物質(zhì)的典型碎片離子。[M+H]+離子中的哌嗪環(huán)發(fā)生重排，則會(huì)丟失CH3CH2N=CH2，形成碎片離子c[11-12]，分別對(duì)應(yīng)mCPPm/z140和TFMPPm/z174。此外，特征碎片離子dm/z70和碎片離子em/z56為mCPP和TFMPP共有，但其豐度較低，推測(cè)為哌嗪環(huán)內(nèi)部發(fā)生C—N鍵斷裂以及進(jìn)一步丟失1分子甲基產(chǎn)生。以上研究結(jié)果與文獻(xiàn)[14]一致。

圖4 ESI-CID模式下芐基哌嗪類化合物可能的碎裂途徑Fig.4 Proposed fragmentation pathways of product ions for benzylpiperazine analogues by ESI-CID

圖5 ESI-CID模式下苯基哌嗪類化合物可能的碎裂途徑Fig.5 Proposed fragmentation pathways of product ions for phenylpiperazine analogues by ESI-CID

3 討論

有研究[6-7]采用GC-MS法對(duì)4種哌嗪類NPS進(jìn)行定量分析，根據(jù)相關(guān)報(bào)道提供的二級(jí)質(zhì)譜圖對(duì)產(chǎn)生的碎片離子進(jìn)行分析并研究其裂解特征。對(duì)比ESI和EI兩種模式下的裂解規(guī)律發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)生的特征碎片基本一致[6,14-16]，詳情列于表2。二者不同之處在于，在EI模式下，對(duì)于芐基哌嗪類，除芐基離子外，BZP還形成響應(yīng)較強(qiáng)的特征碎片d，推測(cè)是哌嗪環(huán)發(fā)生開環(huán)重排，丟失CH2=CHNH2所致[15]；對(duì)于苯基哌嗪類，除形成響應(yīng)最強(qiáng)的特征碎片a外，碎片a易發(fā)生C—N鍵斷裂，形成鹵素取代的苯基離子，為響應(yīng)次強(qiáng)的特征碎片[6,14-16]。而在ESI模式下，響應(yīng)次強(qiáng)的特征碎片為碎片b。

表2 芐基/苯基哌嗪在ESI和EI模式下的質(zhì)譜特征碎片Table 2 Characteristic ions of piperazine analogues by ESI-CID and EI

4 結(jié)論

本工作采用LC-MS/MS法研究4種哌嗪類新精神活性物質(zhì)的質(zhì)譜裂解行為，發(fā)現(xiàn)這4種物質(zhì)在ESI-CID模式下具有高度相似的碎裂途徑和特征離子，具有較強(qiáng)的特征性質(zhì)譜裂解規(guī)律。這些化合物在CID模式下，哌嗪環(huán)和苯環(huán)之間的C—N鍵以及哌嗪環(huán)內(nèi)的C—N鍵均易發(fā)生斷裂形成特征離子。新精神活性物質(zhì)層出不窮，市場(chǎng)上新型毒品出現(xiàn)的速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過質(zhì)譜庫的更新速率，質(zhì)譜特征的總結(jié)有助于對(duì)同類結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)進(jìn)行篩查及結(jié)構(gòu)推斷，可為法庭科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際工作提供借鑒，提高工作效率，對(duì)已知結(jié)構(gòu)毒品進(jìn)行快速定性以及未知結(jié)構(gòu)毒品進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)警具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。