U系列新型合成阿片类物质的质谱特征

钱振华，贾 薇，花镇东，刘翠梅

(1.公安部物证鉴定中心，北京 100038； 2.公安部禁毒情报技术中心，北京 100193)

新精神活性物质自2009年兴起以来不断泛滥，愈演愈烈，已成为继传统毒品、合成毒品后全球流行的第三代毒品。据联合国毒品和犯罪问题办公室统计，2009～2019年间，全球共报告了900多种新精神活性物质，涉及100多个国家和地区。虽然各种新精神活性物质在全球的检出速度于2017年开始放缓，但仍然严重威胁社会安全和公共卫生安全，是国际禁毒领域最为棘手和突出的问题[1]。合成阿片类物质是新精神活性物质中的一类，随着滥用阿片类药物致死案例的激增，欧洲和北美正陷入一场“阿片类药物危机”[2-7]。美国疾病控制和预防中心数据显示：2017年，美国有7.2万人死于滥用阿片类药物，高于当年死于车祸的人数。美国联邦政府于2017年10月宣布，阿片类药物危机成为国家公共卫生紧急事件。

U系列化合物是20世纪70、80年代Upjohn公司合成的一系列物质的总称，是合成阿片类物质的一个重要亚类。它们的基本结构是酰胺基中N原子上有环己基取代的苯甲(乙)酰胺类化合物，结构示于图1。这些化合物最早拟作为镇痛药使用，并申请了专利[8-21]，但其中大多数物质未进入临床实验阶段。2014年起，这些物质或经修饰而成的具有类似化学结构的一系列相关化合物相继出现在毒品消费市场。目前有报道的U系列化合物包括U-50488、U-62066、U-48800、U-47700、U-49900等15种物质[22]。随着全球对芬太尼类物质管制力度的加强，Sharma等[22]预测U系列化合物极有可能成为毒品消费市场新的流行趋势。当前国内外法庭科学领域对于U系列化合物分析方法的研究较少，仅有少量文献[23-27]对单个化合物进行分析，多采用色谱-质谱联用技术，如液相色谱-质谱法(LC-MS)、气相色谱-质谱法(GC-MS)等，实现对物质的快速、准确分析。对于已知化合物，传统的质谱定性分析方法通常使用标准物质，将待测物的质谱信息与标准物质对比，以确定所检测的化合物。然而，在新物质数量快速增长的情况下，很难及时获取标准物质，且新化合物的质谱图很难被添加到通用的商业化质谱库中。如果缺少标准物质，则需要通过对待测物的质谱行为进行详细研究和解析才能鉴定。

本研究拟采用GC-MS法和超高效液相色谱-四极杆串联飞行时间质谱法(UPLC-Q TOF MS)分析国内出现的6种U系列新型合成阿片类物质，其详细信息列于表1。对获得的质谱图进行解析，探讨其在电子轰击源(EI)和电喷雾正离子碰撞诱导解离(ESI+-CID)模式下的分子裂解机理，希望为快速鉴定U系列新型合成阿片类物质提供参考。

图1 U系列新型合成阿片类物质的骨架结构Fig.1 Skeleton structure of U-drugs novel synthetic opioids

表1 6种U系列新型合成阿片类物质的化学结构和精确分子质量Table 1 Chemical structure and exact molecular mass of U-drugs novel synthetic opioids

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

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

U-47700、U-49900、U-48800标准品：美国Cerilliant公司产品；经核磁共振确定N-methyl U-47931E、MD-U-47700、Isopropyl-U-47700结构的3种U系列新型合成阿片类物质样品：由国家毒品实验室提供；乙腈(色谱纯)：美国Fisher公司产品；甲酸、甲醇(色谱纯)：德国Merck公司产品；超纯水：由美国Millipore公司的超纯水器制得。

1.2 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 g/L甲醇溶液。各取适量的1 g/L甲醇溶液，供GC-MS分析。再用0.1%甲酸水溶液将1 g/L甲醇溶液稀释至1 mg/L，离心，取上清液，供UPLC-Q TOF MS分析。

1.3 实验条件

1.3.1GC-MS条件 色谱柱：Aglient DB-5MS石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；柱温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/z35～500。

1.3.2UPLC-Q TOF MS条件 色谱柱：Waters Acquity UPLC BEH C18柱(2.1 mm×100 mm×1.7 μm)；柱温40 ℃；流动相：A为0.1%甲酸水溶液，B为乙腈；梯度洗脱程序：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；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5 500 V，雾化气压力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，质量扫描范围m/z100～1 000；二级碰撞诱导解离(CID)模式，碰撞能量(35±15) V，质量扫描范围m/z50～1 000。

2 结果与分析

2.1 GC-MS分析及碎裂规律推测

在1.3.1节条件下，6种U系列新型合成阿片类物质的质谱图示于图2。

注：a.U-47700；b.U-49900；c.U-48800；d.MD-U-47700；e.N-methyl U-47931E；f.Isopropyl-U-47700图2 U系列新型合成阿片类物质的EI-MS质谱图Fig.2 Mass spectra of U-drugs novel synthetic opioids obtained by EI-MS

由图2可以看出，U系列新型合成阿片类物质的EI质谱图呈现以下特点：1) 分子离子峰丰度较低；2) 几乎都出现了m/z84和m/z125的峰。推测的碎裂途径示于图3。U系列新型合成阿片类物质在EI离子源作用下失去1个电子生成分子离子峰碎片。分子离子峰碎片中苯基酰胺基和环己基之间的N—C键发生断裂，得到取代环己烷碎片A(MA=81+MR2)。由于R2中含有杂原子N，因此取代环己烷碎片A发生简单断裂和氢重排相互组合的多键断裂[28]，开环脱去丙烯，得到带有R2取代的环丙烷正离子B(MB=40+MR2)。

图3 EI模式下，U系列新型合成阿片类物质可能的碎裂途径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分析及碎裂规律推测

由于U系列新型合成阿片类物质的多数苯环上存在卤素取代，因此在电喷雾正离子模式下， U系列新型合成阿片类物质的一级质谱图中，除了准分子离子峰[M+H]+外，还出现了明显的同位素峰[M+2+H]+。可以通过一级质谱图中同位素峰的相对丰度，判断化合物中卤素的元素种类及个数。二级质谱图中除准分子离子峰[M+H]+外，还会出现至少5个峰，分别为离子碎片A～E，其中A为基峰，A比B的质量数多80，C比D的质量数多28，E的精确质量数为81.069 9。推测U系列新型合成阿片类物质的裂解途径为：[M+H]+先脱去环己基上的取代基R2，得到离子A，其在MS2中丰度最高。离子A再脱去环己基，得到离子B(MA-MB=80)。离子B中酰胺的C—N键发生α断裂，脱去NH2R1，形成酰阳离子C。离子C脱去CO，得到离子D(MC-MD=28)。[M+H]+还会直接发生酰胺的C—N键断裂，得到环己烯离子E(m/z81.069 9)。当化合物中含有苯乙酰胺时，在得到离子E的同时，还会生成离子F(m/z112.112 1)，该离子是判断化合物中含苯甲酰胺还是苯乙酰胺的特征离子。U系列新型合成阿片类物质的二级质谱图示于图4，推测的碎裂途径示于图5，各化合物二级质谱图中的主要碎片离子信息列于表2。

3 结论

采用GC-MS法和UPLC-Q TOF MS法分析6种U系列新型合成阿片类物质，由于该类物质具有相同的骨架和类似的分子结构，因而它们在EI和ESI-CID模式下的碎裂途径和碎片离子具有高度的相似性。在EI模式下，碎裂主要发生在酰胺基和环己基之间的N—C键上，得到取代环己烷碎片A(MA=81+MR2)和取代环丙烷正离子B(MB=40+MR2)；在ESI+模式下，碎裂主要发生在酰胺基的两端及内部，得到至少5个离子碎片。鉴于U系列化合物很可能成为继芬太尼类之后流行的新型合成阿片类物质，更多结构相似的物质可能被合成和滥用，在对可疑样品进行分析时，本实验总结的该类物质的碎裂规律可作为判断其是否属于U系列新型合成阿片类物质的依据，据此推测其可能的结构。

图4 U系列新型合成阿片类物质的ESI-MS质谱图Fig.4 Mass spectra of U-drugs novel synthetic opioids obtained by LC-ESI-Q TOF MS

图5 ESI-CID模式下，U系列新型合成阿片类物质可能的碎裂途径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系列新型合成阿片类物质的主要碎片离子信息Table 2 Main fragment ions information for U-drugs novel synthetic opioids obtained at ESI-CID mode

续表2