4-F-α-PVP类似物4-F-3-Methyl-α-PVP盐酸盐的结构解析与表征

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2021.311002

摘要/Abstract

摘要：

目的研究在没有对照品的情况下鉴定检材中1-（4-氟苯基）-2-（N-吡咯烷基）-1-戊酮［1-（4-fluorophenyl）-2-（1-pyrrolidinyl） pentan-1-one，4-F-α-PVP］类似物1-（4-氟-3甲基苯基）-2-（N-吡咯烷基）-1-戊酮［1-（4-fluoro-3-methyl phenyl）-2-（1-pyrrolidinyl） pentan-1-one，4-F-3-Methyl-α-PVP］盐酸盐的方法。方法综合利用直接进样电子电离-质谱（electron ionization-mass spectrometry，EI-MS）、GC-MS、电喷雾离子化-高分辨质谱（electrospray ionization-high resolution mass spectrometry，ESI-HRMS）、超高效液相色谱-高分辨串联质谱（ultra-high performance liquid chromatography-high resolution tandem mass spectrometry，UPLC-HRMS/MS）、核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）、离子色谱和傅里叶变换红外光谱法（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR），实现对检材中未知化合物的结构解析与表征，并对该化合物在EI-MS和UPLC-HRMS/MS两种质谱分析方式下生成碎片离子的裂解机制进行推导。结果通过对检材中化合物的直接进样EI-MS、GC-MS、ESI-HRMS和UPLC-HRMS/MS分析，推断出未知化合物为4-F-α-PVP的结构类似物，可能苯环中多了1个甲基。根据核磁共振氢谱（¹H-nuclear magnetic resonance，¹H-NMR）、核磁共振碳谱（¹³C-nuclear magnetic resonance，¹³C-NMR）等分析结果，进一步证明了甲基的位置在苯环的3-位。由于¹H-NMR分析中实际氢的个数比4-F-3-Methyl-α-PVP中性分子多1个，推断该化合物以盐形式存在。离子色谱法分析结果表明该化合物含氯离子（含量11.14%~11.16%），结合FTIR对主要官能团信息的结构分析，最终确定该未知化合物为4-F-3-Methyl-α-PVP盐酸盐。结论建立了综合利用EI-MS、GC-MS、ESI-HRMS、UPLC-HRMS/MS、NMR、离子色谱和FTIR鉴定检材中4-F-3-Methyl-α- PVP盐酸盐的方法，将有助于法庭科学实验室在案件中鉴定该物质或其他具有类似结构的化合物。

关键词: 法医学, 毒物分析, 新精神活性物质, 高分辨质谱法, 核磁共振, 1-（4-氟-3甲基苯基）-2-（N-吡咯烷基）-1-戊酮盐酸盐, 结构解析

Abstract:

Objective To identify 1-（4-fluorophenyl）-2-（1-pyrrolidinyl） pentan-1-one （4-F-α-PVP） analog 1-（4-fluoro-3-methyl phenyl）-2-（1-pyrrolidinyl） pentan-1-one （4-F-3-Methyl-α-PVP） hydrochloride without reference substance. Methods The direct-injection electron ionization-mass spectrometry （EI-MS）, GC-MS, electrospray ionization-high resolution mass spectrometry （ESI-HRMS）, ultra-high performance liquid chromatography-high resolution tandem mass spectrometry （UPLC-HRMS/MS）, nuclear magnetic resonance （NMR）, ion chromatography and Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR） were integrated utilized to achieve the structural analysis and characterization of the unknown compound in the sample, and the cleavage mechanism of the fragment ions was deduced by EI-MS and UPLC-HRMS/MS. Results By analyzing the direct-injection EI-MS, GC-MS, ESI-HRMS and UPLC-HRMS/MS of the compound in the samples, it was concluded that the unknown compound was a structural analog of 4-F-α-PVP, possibly with one more methyl group in the benzene ring. According to the analysis results of ¹H-NMR and ¹³C-NMR, it was further proved that the methyl group is located at the 3-position of the benzene ring. Since the actual number of hydrogen in ¹H-NMR analysis was one more than 4-F-3-Methyl-α-PVP neutral molecule, it was inferred that the compound existed in the form of salt. Ion chromatography analysis results showed that the compound contained chlorine anion （content 11.14%-11.16%）, with the structural analysis of main functional group information by FTIR, the unknown compound was finally determined to be 4-F-3-Methyl-α-PVP hydrochloride. Conclusion A comprehensive method using EI-MS, GC-MS, ESI-HRMS, UPLC-HRMS/MS, NMR, ion chromatography and FTIR to identify 4-F-3-Methyl-α-PVP hydrochloride in samples is established, which will be helpful for the forensic science laboratory to identify this compound or other analog compounds.

Key words: forensic medicine, toxicological analysis, new psychoactive substance, high resolution mass spectrometry, nuclear magnetic resonance, 4-F-3-Methyl-α-PVP hydrochloride, structural analysis

中图分类号:

DF795.1

王昊阳, 吴剑, 张倩, 闵新峰, 刘秀艳, 郭寅龙. 4-F-α-PVP类似物4-F-3-Methyl-α-PVP盐酸盐的结构解析与表征[J]. 法医学杂志, 2023, 39(2): 144-150.

Hao-yang WANG, Jian WU, Qian ZHANG, Xin-feng MIN, Xiu-yan LIU, Yin-long GUO. Structural Analysis and Characterization of 4-F-α-PVP Analog 4-F-3-Methyl-α- PVP Hydrochloride[J]. Journal of Forensic Medicine, 2023, 39(2): 144-150.

图/表 10

图1 4-F-α-PVP及其类似物的化学结构

Fig. 1 Chemical structures of 4-F-α-PVP and its analogs

图2 未知化合物的EI-MS谱图和GC-MS总离子流色谱图A：直接进样EI-MS谱图；B：GC-MS总离子流色谱图。

Fig. 2 EI-MS spectrum and GC-MS total ion chromatogram of the unknown compound

表1 未知化合物EI-MS谱图中主要的离子

Tab. 1 Major ions of the unknown compound in EI-MS spectrum

质荷比（m/z）	相对丰度/%
220	1.80
137	7.49
126	100.00
109	10.04
96	5.94
84	5.66
55	6.25

图3 未知化合物的ESI-HRMS和UPLC-HRMS/MS谱图A：一级质谱图；B：串联质谱图；C：UPLC-HRMS/MS总离子流色谱图。

Fig. 3 ESI-HRMS and UPLC-HRMS/MS spectra of the unknown compound

表2 m/z 264离子在UPLC-HRMS/MS谱图中的主要产物离子

Tab. 2 Major product ions of the ion at m/z 264 in UPLC-HRMS/MS spectrum

离子m/z

测定值

离子m/z

理论值

对应可能的

元素组成

相对误差

离子m/z

测定值

离子m/z

理论值

对应可能的

元素组成

C₁₆H₂₃FNO⁺

C₈H₆FO⁺

C₁₂H₁₄FO⁺

C₈H₁₆N⁺

C₉H₈FO⁺

C₈H₈F⁺

图4 未知化合物的1H-NMR、13C-NMR、1H-13C HMBC、1H-13C HSQC谱图A：1H-NMR谱图；B：13C-NMR谱图；C：1H-13C HMBC谱图；D：1H-13C HSQC谱图。

Fig. 4 1H-NMR， 13C-NMR， 1H-13C HMBC， 1H-13C HSQC spectra of the unknown compound

表3 未知化合物1H-NMR和13C-NMR的化学位移值

Tab. 3 1H-NMR and 13C-NMR chemical shift of the unknown compound

位置	碳谱		氢谱
位置	δ（¹³C）/×10^-6	峰型	δ（¹H）/×10^-6	质子数	峰型
1	14.06	单峰	0.78	3	三重峰
2	18.76	单峰	1.24~1.35	2	多重峰
3	32.89	单峰	2.03	2	多重峰
4	66.20	单峰	5.72	1	多重峰
5	52.60	单峰	3.36~3.81	2	双-多重峰
6	23.80	单峰	2.11~2.22	2	双-多重峰
7	23.65	单峰	2.11~2.22	2	双-多重峰
8	52.40	单峰	3.36~3.81	2	双-多重峰
9	132.84（J=7.0 Hz）	双峰	7.93	1	双重峰
10	14.56（J=3.2 Hz）	双峰	2.27	3	双重峰
11	116.01（J=17.9 Hz）	双峰	7.05	1	多重峰
12	129.38（J=9.7 Hz）	双峰	7.96	1	多重峰
13	126.48（J=17.9 Hz）	双峰	-	-	-
14	165.40（J=257.1 Hz）	双峰	-	-	-
15	131.40（J=2.9 Hz）	双峰	-	-	-
16	195.25	单峰	-	-	-
HCl	-		11.49	1	宽单峰

图5 未知化合物的FTIR谱图

Fig. 5 FTIR spectrum of the unknown compound

图6 EI-MS模式下4-F-3-Methyl-α-PVP可能的裂解途径

Fig. 6 Proposed fragmentation pathways of 4-F-3-Methyl-α-PVP in EI-MS mode

图7 UPLC-HRMS/MS模式下4-F-3-Methyl-α-PVP可能的裂解途径

Fig. 7 Proposed fragmentation pathways of 4-F-3-Methyl-α-PVP in UPLC-HRMS/MS mode

参考文献 13

1	沈敏. 新精神活性物质的应对与挑战[J].法医学杂志，2021，37（4）：453-458. doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2021.310204 .
	SHEN M. The response and challenge of new psychoactive substances[J]. Fayixue Zazhi，2021，37（4）：453-458.
2	徐多麒，常林，向平，等. 论我国新精神活性物质监测评估系统完善[J].中国司法鉴定，2020（6）：60-65. doi：10.3969/j.issn.1671-2072.2020.06.009 .
	XU D Q， CHANG L， XIANG P， et al. On the improvement of the monitoring and evaluating system of new psychoactive substances in China[J]. Zhongguo Sifa Jianding，2020（6）：60-65.
3	MAJCHRZAK M， CELIŃSKI R， KUŚ P， et al. The newest cathinone derivatives as designer drugs： An analytical and toxicological review[J]. Forensic Toxicol，2018，36（1）：33-50. doi：10.1007/s11419-017-0385-6 .
4	KRAEMER M， BOEHMER A， MADEA B， et al. Death cases involving certain new psychoactive substances： A review of the literature[J]. Forensic Sci Int，2019，298：186-267. doi：10.1016/j.forsciint.2019. 02.021 .
5	黄志斌，蔡娟，林泽彬，等. 合成卡西酮类新精神活性物质对动物行为学影响的研究进展[J].法医学杂志，2021，37（4）：561-568. doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2021.310406 .
	HUANG Z B， CAI J， LIN Z B， et al. Research progress on the effect of synthetic cathinones on animal behavior[J]. Fayixue Zazhi，2021，37（4）：561- 568.
6	中华人民共和国公安部，国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局，国家禁毒委员会办公室. 关于印发《非药用类麻醉药品和精神药品列管办法》的通知：公通字〔2015〕27号[EB/OL].（2015-09-24）[2021-09-19].
	The Ministry of Public Security of the People’s Republic of China， National Health and Family Planning Commission of the People’s Republic of China， State Food and Drug Administration， China National Narcotic Control Committee. Notice on printing and distributing the Measures for Controlling Non-Medi-cinal Narcotic Drugs and Psychotropic Drugs： Gong Tong Zi 〔2015〕No. 27[EB/OL]. （2015-09-24）[2021-09-19].
7	中华人民共和国公安部. 法庭科学疑似毒品中α- PBP、α-PVP和4-F-α-PVP检验液相色谱和液相色谱-质谱法： [S].北京：中国标准出版社，2021.
	The Ministry of Public Security of the People’s Republic of China. Forensic sciences -- Examination methods for α-PBP， α-PVP and 4-F-α-PVP in suspected drugs -- LC and LC-MS： [S]. Beijing： China Standards Publishing Press，2021.
8	LIU C， JIA W， HUA Z， et al. Identification and analytical characterization of six synthetic cannabinoids NNL-3， 5F-NPB-22-7N， 5F-AKB-48-7N， 5F-EDMB-PINACA， EMB-FUBINACA， and EG-018[J]. Drug Test Anal，2017，9（8）：1251-1261. doi：10.1002/dta.2160 .
9	刘翠梅，花镇东，贾薇. 阿米雷司类似物4’-F-4-MAR的结构解析与表征[J].法医学杂志，2020，36（5）：677-681，687. doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2020.05.013 .
	LIU C M， HUA Z D， JIA W. Structure analysis and characterization of aminorex analogue 4’-F-4-MAR[J]. Fayixue Zazhi，2020，36（5）：677-681，687.
10	王跨陡，袁晓亮，张玉荣，等. 合成大麻素类新精神活性物质4F-MDMB-BUTINACA和MDMB-4en-PINACA的检测[J].法医学杂志，2021，37（4）：505-510. doi：10.12116/j.issn.1004-5619.2020.300501 .
	WANG K D， YUAN X L， ZHANG Y R， et al. Identification of synthetic cannabinoid new psychoactive substances 4F-MDMB-BUTINACA and MDMB-4en-PINACA[J]. Fayixue Zazhi，2021，37（4）：505-510.
11	MOCHIZUKI A， ADACHI N， SHOJO H. Detection of 4-FMC， 4-MeO-α-PVP， 4-F-α-PVP， and PV8 in blood in a forensic case using liquid chromato-graphy-electrospray ionization linear ion trap mass spectrometry[J]. Forensic Sci Int，2021，325：110888. doi：10.1016/j.forsciint.2021.110888 .
12	DAVIDSON J T， PIACENTINO E L， SASIENE Z J， et al. Identification of novel fragmentation pathways and fragment ion structures in the tandem mass spectra of protonated synthetic cathinones[J]. Forensic Chem，2020，19：100245. doi：10.1016/j.forc.2020. 100245 .
13	花镇东，贾薇，刘翠梅，等. 新精神活性物质分析手册：质谱分册[M].2版.北京：中国人民公安大学出版社，2019：289-337.
	HUA Z D， JIA W， LIU C M， et al. Hand book for the analysis of new psychoactive substance： Mass spectrometry parts[M]. 2nd ed. Beijing： Chinese Peo-ple’s Public Security University Press，2019：289-337.

[1]	安永明, 张志威, 关国鹏. 肺挫裂伤合并多发假性囊肿法医学鉴定1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 519-522.
[2]	马安全, 马晓晨, 方俊杰. 会阴部外伤致睾丸萎缩鉴定1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 528-530.
[3]	夏晴, 陈捷敏. 垂直压缩型踝关节骨折成伤机制分析2例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 525-527.
[4]	李强, 付志浩, 孙晓东, 黄效宇. 利用CT扫描测量法判断眼球内陷残疾评定1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 516-518.
[5]	朱琨, 高东, 范利华. 腓骨骨纤维结构不良并骨折因果关系鉴定1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 522-524.
[6]	林丹丹, 赵莉莉, 施芳芳, 陈雅婷, 潘国南. 二次交通伤致伤方式探讨1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(5): 530-534.
[7]	郝虹霞, 陈捷敏, 王荣荣, 俞晓英, 王萌, 周智露, 盛延良, 夏文涛. 虚拟现实-图像视觉诱发电位用于客观评定单眼屈光不正视觉损伤的价值[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 382-387.
[8]	宋爱英, 赵翌博, 杨利君. 液相色谱-串联质谱法检验氟乙酸致死1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 428-430.
[9]	张韦屹, 周旻. 岩斜区脑膜瘤切除术后长期昏迷医疗损害鉴定1例[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 421-423.
[10]	白洁, 孙晶, 程晓光, 刘凡, 刘华, 王旭. 基于YOLOv3算法的肋骨骨折诊断模型的构建及应用[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 343-349.
[11]	范飞, 武娟, 邓振华. 听力学客观检测技术在法医临床学中的应用进展[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 360-366.
[12]	项剑, 王旭, 于丽丽, 靳康佳, 杨英恺. 视交叉及其后部视路损伤所致视野缺损的客观评定[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 350-359.
[13]	王飞翔, 朱广友. 男性性功能障碍鉴定标准的研制及相关解读[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 367-372.
[14]	高章明, 石景瑜, 曾皓, 张学军. UPLC-MS/MS快速测定血液中布桂嗪[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 388-392.
[15]	曹宇奇, 施妍, 向平, 郭寅龙. 机器学习辅助非靶向筛查策略用于芬太尼类物质识别鉴定的研究进展[J]. 法医学杂志, 2023, 39(4): 406-416.