法医学杂志, 2024, 40(4): 340-351 DOI: 10.12116/j.issn.1004-5619.2023.330101

论著

3种新精神活性物质的结构确证及未知毒品的定性鉴定

聂宗炀,, 胡伟, 李玲玉, 章青波, 黄欣, 李波,

江西求实司法鉴定中心,江西 南昌 330006

Structure Confirmation of Three New Psychoactive Substances and Qualitative Identification of Unknown Substances

NIE Zong-yang,, HU Wei, LI Ling-yu, ZHANG Qing-bo, HUANG Xin, LI Bo,

Jiangxi Qiushi Forensic Appraisal Center, Nanchang 330006, China

通讯作者: 李波,男,主检法医师,主要从事法医病理、法医临床和法医毒物鉴定及研究;E-mail:1145330499@qq.com

编委: 严慧

收稿日期: 2023-01-13  

Received: 2023-01-13  

作者简介 About authors

聂宗炀(1992—),男,硕士,主要从事毒品毒物检验鉴定和研究;E-mail:344920396@qq.com

摘要

目的 建立3种疑似新精神活性物质(new psychoactive substance,NPS)的结构确证方法,探索一种较为通用的定性检验方法。 方法 利用红外吸收光谱、气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)、核磁共振氢谱(1H-nuclear magnetic resonance spectroscopy,1H-NMR)、核磁共振碳谱(13C-nuclear magnetic resonance spectroscopy,13C-NMR)、核磁共振氟谱(19F-nuclear magnetic resonance spectroscopy,19F-NMR)等技术对公安机关送检的5份疑似含有NPS的检材进行成分鉴定及结构确证。 结果 送检的5份检材中均检出NPS,共有3种于2024年7月1日被列管的NPS,分别为甲基胺酮(又称2-MDCK)、2-乙氨基-2-(2-氟苯基)环己酮(又称2-FXE)、1-[3,4-(亚甲二氧基)苯基]-2-二甲氨基-1-戊酮(又称dipentylone),前两者属于苯环己哌啶类NPS,第三种属于合成卡西酮类NPS。 结论 本研究较为系统地介绍了3种NPS的红外吸收光谱、核磁共振波谱和质谱等表征手段的区分特征,可为未知毒品的定性鉴定提供参考。

关键词: 法医学 ; 毒物分析 ; 新精神活性物质 ; 苯环己哌啶类 ; 合成卡西酮类 ; 红外吸收光谱法 ; 核磁共振波谱法 ; 气相色谱-质谱法 ; 结构解析

Abstract

Objective To establish the structural confirmation methods of three suspected new psychoactive substances (NPSs), and explore a more general qualitative testing method. Methods Infrared absorption spectroscopy (IR), gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), 1H-nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR), 13C-nuclear magnetic resonance spectroscopy (13C-NMR), 19F-nuclear magnetic resonance spectroscopy (19F-NMR) and other techniques were used to identify the composition and structure of 5 samples containing suspected NPS submitted by public security bureaus. Results NPSs were found in the above 5 samples, and 3 were confirmed as NPS included in the newly listed controlled substances on July 1, 2024, namely 2-(methylamino)-2-(2-methylphenyl)cyclohexan-1-one (2-MDCK), 2-(ethylamino)-2-(2-fluorophenyl)cyclohexan-l-one (2-FXE), 1-(3,4-methylenedioxyphenyl)-2-(dimethylamino)pentan-1-one (dipentylone), respectively. The first two substances were phencyclidine NPS, and the third substance was synthetic cathinone NPS. Conclusion This study systematically summarizes the distinguishing features of the infrared absorption spectrometry, nuclear magnetic resonance spectroscopy and mass spectrometry of three NPSs, which can provide a reference for the qualitative identification of unknown substances.

Keywords: forensic medicine ; toxicological analysis ; new psychoactive substance (NPS) ; phencyclidines ; synthetic cathinones ; infrared absorption spectrometry ; nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy ; gas chromatography-mass spectrometry ; structural analysis

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本文引用格式

聂宗炀, 胡伟, 李玲玉, 章青波, 黄欣, 李波. 3种新精神活性物质的结构确证及未知毒品的定性鉴定. 法医学杂志[J], 2024, 40(4): 340-351 DOI:10.12116/j.issn.1004-5619.2023.330101

NIE Zong-yang, HU Wei, LI Ling-yu, ZHANG Qing-bo, HUANG Xin, LI Bo. Structure Confirmation of Three New Psychoactive Substances and Qualitative Identification of Unknown Substances. Journal of Forensic Medicine[J], 2024, 40(4): 340-351 DOI:10.12116/j.issn.1004-5619.2023.330101

新精神活性物质(new psychoactive substance,NPS)又称为“策划药”和“实验室药品”,是不法分子为了逃避打击而对管制毒品进行化学结构修饰得到的毒品类似物,具有类似管制毒品的麻醉、兴奋或致幻作用。继传统毒品、合成毒品之后,NPS是全球流行的第三代毒品。联合国毒品和犯罪问题办公室(United Nations Office on Drugs and Crime,UNODC)根据化学结构特征将NPS分为9大类[1]:(1)合成大麻素类;(2)合成卡西酮类;(3)苯乙胺类;(4)色胺类;(5)氨基茚满类;(6)哌嗪类;(7)氯胺酮及苯环利啶类;(8)植物类;(9)其他类,指无法归入上述各类物质但同样具有滥用潜力的NPS。

目前常用的NPS检测手段有气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)、液相色谱-质谱等,但还面临同分异构体难以区分、标准物质难以获取的问题。核磁共振波谱技术[2-3]是未知物结构确证中最有效的手段之一,适用于结构相近的不同新型毒品,可以对各种新型毒品进行结构的精准鉴定。

本中心实验室于2022年9月—10月相继收到不同省份办案单位送检的5份未知检材,使用传统的高效液相色谱-质谱(high performance liquid chromatography-mass spectrometry,HPLC-MS)和GC-MS等方法均无法对其进行准确鉴定,初步考虑均为未列管的NPS。为了查明此类物质的有效成分,本实验室拟运用GC-MS、红外吸收光谱、核磁共振波谱等多种技术进行鉴定。

1 材料与方法

1.1 样本

检材1和检材2来自某市禁毒大队,检材3和检材4来自某市公安局,检材5来自某县公安局,均为公安机关在缉毒工作中缴获。

1.2 主要仪器与试剂

Cary 630 FTIR光谱仪、7890B-5977B气相色谱-质谱联用仪(美国Agilent公司),Ascend 600 MHz核磁共振波谱仪、Avance Ⅱ 400 MHz核磁共振波谱仪(美国Bruker公司),MS205DU/A分析天平(瑞士Mettler Toledo公司),ZF-2型三用紫外分析仪(上海市安亭电子仪器厂)。

氘代氯仿、氘代甲醇(99.9%,均含有0.03%四甲基硅烷;美国剑桥同位素实验室),甲醇、正己烷(色谱纯,德国Merck公司),乙酸乙酯(色谱纯,天津市科密欧化学试剂有限公司),二氯甲烷(色谱纯,美国TEDIA公司),硝酸银(分析纯,西陇科学股份有限公司),水为超纯水。

1.3 仪器条件

1.3.1 GC-MS条件

进样口温度为280 ℃,不分流;进样量为1.0 μL;柱流量为1.0 mL/min,恒流。柱温:初始温度35 ℃,保持3 min,以15 ℃/min升温至300 ℃,保持5 min。离子源为电子轰击(electron impact,EI)离子源,离子源温度为230 ℃,电离能量为70 eV。接口温度为280 ℃,四极杆温度为150 ℃。质量扫描范围为m/z 50~500。溶剂延迟3 min。数据采集方式为全扫描模式。

1.3.2 盐型测试方法条件

取少量检材分别使用甲醇配制成稀溶液,滴入硝酸银的饱和甲醇溶液,并使用365 nm波长紫外光照射。

1.3.3 核磁共振波谱分析条件

对检材分别进行核磁共振氢谱(1H-nuclear magnetic resonance spectroscopy,1H-NMR;600 MHz或400 MHz)、核磁共振碳谱(13C-nuclear magnetic resonance spectroscopy,13C-NMR;150 MHz或100 MHz)和核磁共振氟谱(19F-nuclear magnetic resonance spectroscopy,19F-NMR;375 MHz)分析。1H的化学位移参考氘代溶剂中含有的四甲基硅烷内标设置为δ=0.00。氘代氯仿为溶剂时,13C的化学位移参考氘代氯仿的峰设置为δ=77.16;氘代甲醇为溶剂时,13C的化学位移参考氘代甲醇的峰设置为δ=49.00。

1.3.4 红外吸收光谱分析条件

检材的载样方式为衰减全反射法,将检材直接置于仪器检材台的全反射晶体表面,压紧载样平台进行测定。采集范围为4 000~650 cm-1,波长分辨率为4 cm-1,采样32次。

1.4 检材处理

取少量检材,以甲醇为溶剂配制成质量浓度约100 ng/mL的溶液,供气相色谱-质谱分析。根据游离碱与盐的不同溶解性质,另取30 mg检材溶解于500 μL的氘代氯仿或氘代甲醇中,供核磁共振波谱分析。

2 结 果

2.1 外观性状

将检材分别置于可见光及365 nm波长紫外光下观察外观性状(图1)。检材1与检材5均为无色透明味精状小颗粒晶体,在紫外光下可见由两种荧光特征的颗粒晶体组成,一种为无荧光反应的晶体,另一种为呈强蓝绿色荧光的晶体。检材2为无色透明冰糖状晶体,在紫外光下呈暗绿色荧光。检材3为白色粉末,在紫外光下呈暗绿色荧光。检材4为白色块状固体,在紫外光下呈强蓝紫色荧光。

图1

图1   检材1~5在可见光和紫外光下的外观性状

Fig. 1   Appearance of sample 1-5 underthe visible light and ultraviolet light


由于具有芳香环及多共轭结构的有机物在365 nm波长的紫外光下往往有特殊荧光反应,可以通过其荧光特征进行初步判断与鉴别,故在紫外光下对检材1及检材5进行人工筛分,均得到无荧光反应的晶体A及呈强蓝绿色荧光的晶体B(图2)。

图2

图2   晶体A和晶体B在紫外光下的外观性状

A:晶体A;B:晶体B。

Fig. 2   Appearance of crystal A and B under the ultraviolet light


2.2 GC-MS分析

使用气相色谱-质谱联用仪进行初筛,结合2.1节检材的外观性状特征,初步判断检材1及检材5成分一致,均由化合物A、B组成,检材2与检材3含有相同的化合物C,检材4含有化合物D。化合物A、B、C、D的GC-MS谱图见图3

图3

图3   化合物A、B、C、D的GC-MS谱图

A:化合物A;B:化合物B;C:化合物C;D:化合物D。

Fig. 3   GC-MS spectra of compound A, B, C and D


将获得的谱图与美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)2017版谱库进行比对与检索,均未能匹配谱库中化合物。

化合物A中最大质量数的分子离子峰m/z为189,特征碎片离子的m/z为91和146,初步推断含有苄基结构。

化合物B中最大质量数的分子离子峰m/z为217,特征碎片离子的m/z为91、132、146、160和189等,结合环己酮的α断裂开环的特征,初步推断含有环己酮及苄基结构。

化合物C中最大质量数的分子离子峰m/z为235,特征碎片离子的m/z为150、164、178和207等,与化合物B的裂解方式类似,初步判断含有环己酮结构,且几乎每个碎片的质量数与文献[4-5]中氟胺酮的特征碎片离子(m/z为136、150、164、193)相比正好增加14,即1个CH2单元,考虑化合物C与氟胺酮的结构存在较强关联性。

化合物D中最大质量数的分子离子峰m/z为249,特征碎片离子的m/z为100、121和149等,结合NIST 2017版谱库中匹配的类似化合物的结构,初步判断含有苯并二氧戊环-醛(胡椒醛)或其同分异构体结构。

2.3 盐型测试

将2.2节GC-MS法初筛的4种化合物分别使用甲醇配制成稀溶液,并滴入硝酸银的饱和甲醇溶液,均出现白色浑浊沉淀,使用365 nm波长紫外光照射,白色沉淀迅速变黑。证明以上物质均含有氯化氢成分,为盐酸盐结构。

2.4 核磁共振波谱分析与结构解析

2.4.1 化合物A的核磁共振波谱与结构解析

化合物A的氢谱(图4A)中共计18个H。其中高化学位移区7.57×10-6~7.39×10-6有1个多重峰,包含5个H,判断为单取代的苯,4.22×10-6处有1个单峰,包含2个H,结合GC-MS法初筛结果,此单峰为苄基的2个H;低化学位移区共有11个H,形成多个较为复杂的多重峰。

图4

图4   化合物A的核磁共振谱图

A:氢谱;B:碳谱。

Fig. 4   NMR spectra of compound A


化合物A的碳谱(图4B)中共计9种C。其中高化学位移区132.9×10-6、130.9×10-6、130.6×10-6、130.3×10-6共有4种C,与氢谱中单取代苯的判断一致;低化学位移区30.3×10-6、26.1×10-6、25.6×10-6共有3种C,结合氢谱低化学位移区11个H的情况,可以判断为单取代的环己烷结构,由此也可以解释氢谱中由于环己烷构象中直立键与平伏键的差异,环上亚甲基的H发生裂分,产生较为复杂的多重峰情形。结合GC-MS法初筛结果,此化合物含有1个苄基C和1个N,碳谱剩余的58.5×10-6、49.4×10-6分别归属为与N相连的环己烷的C及苄基C。

由此可以推断,化合物A的名称为N-苄基环己胺盐酸盐(结构式见图5),CAS号为16350-96-2,游离碱CAS号为4383-25-9,化合物结构的核磁数据归属信息见表1

图5

图5   化合物A的结构

Fig. 5   Structure of compound A


表1   化合物A的1H-NMR和13C-NMR测定结果

Tab. 1  Results of 1H-NMR and 13C-NMR for compound A

位置δC/×10-6δH/×10-6质子数峰型
158.53.12(J=11.3、3.9 Hz)1三重三重峰
230.32.25~2.162多重峰
325.61.50~1.302多重峰
426.11.78~1.67,1.33~1.132多重峰
525.61.50~1.302多重峰
630.31.97~1.842多重峰
749.44.222单峰
8132.9///
9130.37.57~7.391多重峰
10130.97.57~7.391多重峰
11130.67.57~7.391多重峰
12130.97.57~7.391多重峰
13130.37.57~7.391多重峰

注:“/”表示无数据。

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该化合物A为盐酸盐形态,将其加入氨水与二氯甲烷的混合液体中,涡旋振荡1 min,取有机相,加入无水硫酸钠,吸水10 min,过滤,氮吹,得到微黄色液体,即化合物A的游离碱。本研究使用核磁溶剂氘代三氯甲烷进行1H-NMR及13C-NMR测定,结果(图6)显示化合物A游离碱的测定值与FLEURY‐BRÉGEOT等[6]报道的数据一致,进一步证实了化合物A的结构。

图6

图6   化合物A游离碱的核磁共振谱图

A:氢谱;B:碳谱。

Fig. 6   NMR spectra of the free base of compound A


2.4.2 化合物B的核磁共振波谱与结构解析

化合物B的氢谱(图7A)中共计18个H。其中高化学位移区7.79×10-6~7.34×10-6共有3个多重峰,分别含有1、2、1个H,结合峰的裂分情况及耦合常数,可以判断为邻位双取代的苯;低化学位移区2.33×10-6和2.24×10-6分别有1个由3个H形成的单峰,均可判断为甲基,剩余的8个H在低化学位移区形成多个较为复杂的多重峰。

图7

图7   化合物B的核磁共振谱图

A:氢谱;B:碳谱。

Fig. 7   NMR spectra of compound B


化合物B的碳谱(图7B)中共计14种C。其中高化学位移区210.7×10-6可以判断为醛或酮的羰基,在139.5×10-6、135.2×10-6、132.1×10-6、131.2×10-6、129.0×10-6、128.5×10-6共有6种C,与氢谱中双取代苯的判断一致;低化学位移区40.8×10-6、36.6×10-6、30.7×10-6、27.5×10-6、22.8×10-6、21.4×10-6共有6种C,结合氢谱低化学位移区的2个甲基和剩余的8个H以及碳谱高化学位移区210.7×10-6羰基C的分布情况,可以判断为邻位取代的环己酮结构,与GC-MS法的初筛结果一致,由此也可以解释氢谱中由于环己烷构象中直立键与平伏键的差异,环上亚甲基的H发生裂分,产生较为复杂的多重峰情形。结合GC-MS法初筛结果,此化合物含有1个N,故碳谱中的74.3×10-6归属为与N相连的环己酮的C。

由此可以判断,化合物B的名称为甲基胺酮(盐型为盐酸盐,结构式见图8),CAS号为6728-51-4,游离碱CAS号为7063-37-8,化合物结构的核磁数据归属信息见表2

图8

图8   化合物B的结构

Fig. 8   Structure of compound B


表2   化合物B的1H-NMR和13C-NMR测定结果

Tab. 2  Results of 1H-NMR and 13C-NMR for compound B

位置δC/×10-6δH/×10-6质子数峰型
1210.7///
236.62.61~2.442多重峰
327.51.99~1.722多重峰
422.81.99~1.722多重峰
530.73.42,2.19~2.082多重峰
674.3///
7139.5///
8129.0///
9132.17.79~7.701多重峰
10131.27.42~7.341多重峰
11128.57.53~7.431多重峰
12135.27.53~7.431多重峰
1321.42.243单峰
1440.82.333单峰

注:“/”表示无数据。

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查阅并对比Gilgamesh Pharmaceuticals(美国吉尔伽美什制药公司)专利[7]中的核磁表征数据,本研究测定值与文献值一致,进一步证实了化合物B的结构。

2.4.3 化合物C的核磁共振波谱与结构解析

化合物C的氢谱(图9A)中共计17个H。其中高化学位移区7.99×10-6~7.33×10-6共有4个多重峰,每个峰均有1个H,结合峰的裂分情况及耦合常数,可以判断为邻位双取代的苯;低化学位移区1.36×10-6~1.28×10-6有1个三重峰,包含3个H,可以判断为与亚甲基相连的甲基,剩余的10个H在低化学位移区形成多个较为复杂的多重峰。

图9

图9   化合物C的核磁共振谱图

A:氢谱;B:碳谱;C:氟谱。

Fig. 9   NMR spectra of compound C


化合物C的碳谱(图9B)中共计14种C。其中高化学位移区205.0×10-6可以判断为醛或酮的羰基,在161.3×10-6、133.5×10-6、130.5×10-6、126.0×10-6、118.4×10-6、116.9×10-6共有6种C,而且均发生裂分,结合氟谱(图9C)可知氟原子连接在苯环上,且与氢谱中双取代苯的判断一致;低化学位移区10.6×10-6为乙基末端的甲基C,而在38.8×10-6、38.3×10-6、35.8×10-6、28.6×10-6、21.5×10-6共有5种C,结合氢谱低化学位移区的1个甲基和剩余的10个H以及碳谱高化学位移区205.0×10-6羰基C的分布情况,可以判断为邻位取代的环己酮结构,与GC-MS法的初筛结果一致,由此也可以解释氢谱中由于环己烷构象中直立键与平伏键的差异,环上亚甲基的H发生裂分,并与乙基中的亚甲基产生重叠,产生较为复杂的多重峰情形。结合GC-MS法初筛结果,此化合物含有1个N,N与乙基相连,且碳谱剩余的69.8×10-6归属为与N相连的环己酮的C。

化合物C的氟谱(图9C)中共计1种F,证明该化合物含有1种F原子。

检材3与检材2的氢谱、碳谱和氟谱结果均完全一致,可以判断两个检材均含有化合物C,化合物C的名称为2-乙氨基-2-(2-氟苯基)环己酮(盐型为盐酸盐,结构式见图10),游离碱CAS号为2850352-64-4,化合物结构的核磁数据归属信息见表3

图10

图10   化合物C的结构

Fig. 10   Structure of compound C


表3   化合物C的1H-NMR、13C-NMR和19F-NMR测定结果

Tab. 3  Results of 1H-NMR13C-NMR and 19F-NMR for compound C

位置δC/×10-6δF/×10-6δH/×10-6质子数峰型
1205.0(d,J=1.2 Hz)////
238.3/3.01~2.88,2.76~2.632多重峰
328.6/2.13~2.06,1.85~1.742多重峰
421.5/1.98~1.88,1.71~1.552多重峰
535.8/3.48~3.37,2.25~2.152多重峰
669.8(d,J=1.6 Hz)////
7118.4(d,J=11.7 Hz)////
8161.3(d,J=248.0 Hz)109.54///
9116.9(d,J=23.0 Hz)/7.43~7.33(J=11.9、8.3、1.3 Hz)1双重双重双重峰
10133.5(d,J=9.3 Hz)/7.76~7.66(J=8.5、7.0、5.2、1.6 Hz,1H)1双重双重双重双重峰
11126.0(d,J=3.2 Hz)/7.57~7.49(J=7.7、1.3 Hz)1三重双重峰
12130.5(d,J=12.6 Hz)/7.99~7.90(J=8.0、1.7 Hz)1三重双重峰
1338.8(d,J=3.0 Hz)/2.63~2.492多重峰
1410.6/1.36~1.28(J=7.3 Hz)3三重峰

注:“/”表示无数据,d表示受氟元素影响而裂分的碳谱双重峰。

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对比吴波等[8-10]报道的类似化合物氟胺酮的核磁表征数据,可见化合物C与氟胺酮相比仅是将N上的甲基变成乙基,因此在氢谱、碳谱和氟谱上具有非常高的相似度,且由于氟取代造成苯环上6个C原子裂分的偶合常数也非常接近。

2.4.4 化合物D的核磁共振波谱与结构解析

化合物D的氢谱(图11A)中共计18个H。其中高化学位移区7.77×10-6~7.03×10-6共有3个峰,每个峰均有1个H,结合峰的裂分情况及耦合常数,可以判断为1,3,4三取代的苯,6.14×10-6处有1个单峰,包含2个H,结合GC-MS法初筛结果,可以判断上述5个H来自苯并二氧戊环结构,即胡椒环。低化学位移区0.89×10-6处有1个三重峰,包含3个H,可以判断为与亚甲基相连的甲基,1.21×10-6处有1个双重三重双重双重峰,包含2个H,为一个位于甲基与亚甲基之间的亚甲基,2.08×10-6~1.95×10-6有1个多重峰,包含2个H,为另一个亚甲基,上述三者构成1个直链的正丙基。2.95×10-6处有1个较扁平的单峰,包含6个H,结合GC-MS法初筛结果显示含有N原子,此单峰为与N原子相连的2个甲基。此外5.24×10-6处还有1个双重双重峰,含有1个H,为与正丙基另一端相连的次甲基上的单个H。

图11

图11   化合物D的核磁共振谱图

A:氢谱;B:碳谱。

Fig. 11   NMR spectra of compound D


化合物D的碳谱(图11B)中共计13种C。其中高化学位移区194.7×10-6可以判断为醛或酮的羰基,在155.3×10-6、150.3×10-6、130.3×10-6、127.4×10-6、109.4×10-6、108.7×10-6共有6种C,104.0×10-6处也有1个C,此结果与氢谱中胡椒环的判断一致;低化学位移区32.2×10-6、18.3×10-6、14.0×10-6为正丙基的3个C,而70.0×10-6、48.9×10-6共有2种C,其中48.9×10-6为与N相连的2个甲基C,结合氢谱低化学位移区的1个正丙基以及碳谱高化学位移区194.7×10-6羰基C的情况,70.0×10-6归属为与羰基、N原子和正丙基相连的次甲基C。

由此可以判断,化合物D的名称为1-[3,4-(亚甲二氧基)苯基]-2-二甲氨基-1-戊酮(盐型为盐酸盐,结构式见图12),CAS号为17763-13-2,游离碱CAS号为803614-36-0,化合物结构的核磁数据归属信息见表4

图12

图12   化合物D的结构

Fig. 12   Structure of compound D


表4   化合物D的1H-NMR和13C-NMR测定结果

Tab. 4  Results of 1H-NMR and 13C-NMRfor compound D

位置δC/×10-6δH/×10-6质子数峰型
1130.3///
2109.47.52(J=1.8 Hz)1双重峰
3150.3///
4155.3///
5108.77.03(J=8.2 Hz)1双重峰
6127.47.77(J=8.3、1.8 Hz)1双重双重峰
7104.06.142单峰
8194.7///
970.05.24(J=6.6、4.6 Hz)1双重双重峰
1032.22.08~2.00,2.03~1.952多重峰
1118.31.21(J=26.7、13.4、10.7、7.0 Hz)2双重三重双重双重峰
1214.00.89(J=7.3 Hz)3三重峰
1348.92.953单峰
1448.92.953单峰

注:“/”表示无数据。

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2.5 红外吸收光谱分析与结构归属

对化合物A的红外吸收光谱进行解析(图13)。在2 734 cm-1、2 440 cm-1、1 213 cm-1、691 cm-1处可见仲胺盐的特征峰,此外在2 920 cm-1处可见甲基的特征峰,在1 450 cm-1处可见环烷烃的特征峰,在1 590 cm-1、1 498 cm-1、747 cm-1处可见苯环的特征峰。

图13

图13   化合物A的红外吸收光谱

Fig. 13   Infrared absorption spectrum of compound A


根据2.4.1节中通过核磁共振波谱解析的结构,可对上述红外吸收光谱进行归属,结果见表5

表5   化合物A的红外吸收光谱分析结果

Tab. 5  Analysis results of infrared absorptionspectrum for compound A

序号波数/cm-1振动类型结构归属
12 920C-H伸缩振动甲基CH3
22 734、2 440N-H伸缩振动仲胺盐NH2+
31 590、1 498C=H伸缩振动苯环
41 450C-H弯曲振动环己烷
51 213C-N伸缩振动仲胺盐C-NH2+
6747=C-H弯曲振动苯环
7691N-H弯曲振动仲胺盐NH2+

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对化合物B的红外吸收光谱进行解析(图14)。在2 682 cm-1、2 449 cm-1、1 118 cm-1处可见仲胺盐的特征峰,此外在2 909 cm-1、2 874 cm-1处可见甲基的特征峰,在1 720 cm-1处可见羰基的特征峰,在1 457 cm-1处可见环烷烃的特征峰,在1 580 cm-1、1 495 cm-1、766 cm-1处可见苯环的特征峰。

图14

图14   化合物B的红外吸收光谱

Fig. 14   Infrared absorption spectrum of compound B


根据2.4.2节中通过核磁共振波谱解析的结构,可对上述红外吸收光谱进行归属,结果见表6

表6   化合物B的红外吸收光谱分析结果

Tab. 6  Analysis results of infrared absorptionspectrum for compound B

序号波数/cm-1振动类型结构归属
12 909、2 874C-H伸缩振动甲基CH3
22 682、2 449N-H伸缩振动仲胺盐NH2+
31 720C=O伸缩振动羰基C=O
41 580、1 495C=H伸缩振动苯环
51 457C-H弯曲振动环己烷
61 118C-N伸缩振动仲胺盐C-NH2+
7766=C-H弯曲振动苯环

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对化合物C的红外吸收光谱进行解析(图15)。在2 673 cm-1、2 331 cm-1、1 610 cm-1、1 103 cm-1处可见仲胺盐的特征峰,此外在2 950 cm-1处可见甲基的特征峰,在1 724 cm-1处可见羰基的特征峰,在1 467 cm-1处可见环烷烃的特征峰,在1 560 cm-1、1 491 cm-1、766 cm-1处可见苯环的特征峰,在1 232 cm-1处可见氟代苯的特征峰。

图15

图15   化合物C的红外吸收光谱

Fig. 15   Infrared absorption spectrum of compound C


根据2.4.3节中通过核磁共振波谱解析的结构,可对上述红外吸收光谱进行归属,结果见表7

表7   化合物C的红外吸收光谱分析结果

Tab. 7  Analysis results of infrared absorptionspectrum for compound C

序号波数/cm-1振动类型结构归属
12 950C-H伸缩振动甲基CH3
22 673、2 331N-H伸缩振动仲胺盐NH2+
31 724C=O伸缩振动羰基C=O
41 610N-H弯曲振动仲胺盐NH2+
51 560、1 491C=H伸缩振动苯环
61 467C-H弯曲振动环己烷
71 232C-F伸缩振动氟代苯C-F
81 103C-N伸缩振动仲胺盐C-NH2+
9766=C-H弯曲振动苯环

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对化合物D的红外吸收光谱进行解析(图16)。在1 260 cm-1、1 034 cm-1、932 cm-1、880 cm-1处可见胡椒环的特征峰,此外在2 963 cm-1处可见甲基的特征峰,在1 674 cm-1处可见羰基的特征峰,在2 639 cm-1、1 612 cm-1、1 096 cm-1处可见叔胺盐的特征峰,在1 504 cm-1、1 359 cm-1、785 cm-1处可见苯环的特征峰。

图16

图16   化合物D的红外吸收光谱

Fig. 16   Infrared absorption spectrum of compound D


根据2.4.4节中通过核磁共振波谱解析的结构,可对上述红外吸收光谱进行归属,结果见表8

表8   化合物D的红外吸收光谱分析结果

Tab. 8  Analysis results of infrared absorptionspectrum for compound D

序号波数/cm-1振动类型结构归属
12 963C-H伸缩振动甲基CH3
22 639N-H伸缩振动叔胺盐NH2+
31 674C=O伸缩振动羰基C=O
41 612N-H弯曲振动叔胺盐NH2+
51 504、1 359C=H伸缩振动苯环
61 260C-O-C反称伸缩振动胡椒环C-O-C
71 096C-N伸缩振动叔胺盐C-NH2+
81 034C-O-C对称伸缩振动胡椒环C-O-C
9932C-H弯曲振动胡椒环上O-CH2-O
10880C-H弯曲振动胡椒环上相邻的2个C-H
11785=C-H弯曲振动苯环

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3 讨 论

3.1 对4种化合物生理活性的文献调研

化合物A的外观形态类似于化合物B,分子量也较为接近,然而根据构效关系理论,化合物A的结构并不存在精神活性,考虑到此前曾发生多起将N-异丙基苄胺作为甲基苯丙胺(冰毒)稀释剂的案例[11],根据检材1及检材5均由化合物A及化合物B混合而成的事实,判断化合物A可能是化合物B的稀释剂,用于掺假、混淆视听以及稀释药效。

化合物B又名甲基胺酮、2-MDCK,在2022年首次由Gilgamesh Pharmaceuticals(美国吉尔伽美什制药公司)申请专利[7],此专利宣称此化合物具有强的N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartic acid,NMDA)受体的MK-801位点的结合活性,即具有类似苯环己哌啶类物质(如氯胺酮)的精神活性。根据文献[7]报道,苯环己哌啶类物质被人体吸收时,会产生严重和长期的行为问题,如反应迟钝、认知错误和暴力行为等,能让人暂时变得力大无穷并失去痛觉,高剂量的滥用可使人出现2~6 h的眩晕、丧失运动协调能力、幻觉、谵妄等强烈不良反应[12]。值得注意的是,该专利中还提到了其他众多具有精神活性苯环己哌啶类新型化合物,并且介绍了若干个化合物的合成路线。2024年7月1日,甲基胺酮被我国正式列管。

化合物C又名2-FXE,虽然仅是在结构上对乙基去甲氯胺酮或者氯胺酮的氟化改造产物氟胺酮进行简单的修改,但目前对其药理活性及合成方法了解甚少,然而其可以在一些网站上作为商品进行售卖,以致短期内以两种完全不同的形态送至我中心进行鉴定。氟胺酮最早由北京大学化学系的王世玉等[13]于1987年合成,其具有类似氯胺酮的麻醉活性。然而近年来,国内外逐渐出现将氟胺酮掺入氯胺酮或者冒充氯胺酮作为毒品进行滥用的情况,2015年10月1日和2021年7月1日,乙基去甲氯胺酮和氟胺酮先后被我国正式列管,2024年7月1日,2-FXE也被正式列管。

化合物D又称dipentylone,于1964年首次由C. H. Boehringer Sohn(德国勃林格殷格翰制药集团)申请专利[14],此专利共介绍了45种不同基团取代的苯基α-氨基酮化合物,并宣称此类化合物具有中枢刺激作用,可用于治疗轻度抑郁、疲劳和昏迷等。然而此专利过于久远,仅提供了熔点数据,并无红外吸收光谱、核磁共振波谱和质谱等表征图谱。此类取代苯基α-氨基酮化合物现今统称为合成卡西酮类NPS(又称“浴盐”),服用后可以极大地提高人大脑中的多巴胺和去甲肾上腺素水平[15-17],使用者会出现妄想症、暴力和难以预料的行为。目前已有多种合成卡西酮类物质于2021年7月1日被我国正式列管,dipentylone也于2024年7月1日被正式列管。此类物质属于pentylone类似物,均具有胡椒酮结构,仅于N上的烃基以及α-C上烃基的碳数有区别,因此构成许多组同分异构体,由于其含有的胡椒酮结构完全一致,因此使用常规的GC-MS、高分辨质谱等表征手段并不能将其与其他同分异构体完全区分[18-19],只能通过核磁共振波谱进行区分,给鉴别工作带来较大难度。

3.2 面对未知毒品检材定性鉴定的方法初探

为了逃避监管,新的未知毒品层出不穷,但仍然保留了精神活性类物质的关键母核结构,仅对侧链或者其他取代基进行修饰改造,这也是众多NPS较难以结构穷举法的形式被逐一列管。对此,技术工作者在面对未知毒品检材时,如果能拥有一套简便、快捷和准确的鉴定思路和方案,势必能大大提高工作效率。

面对未知检材时,可先使用GC-MS法进行初筛,再进行谱库检索,查看是否匹配已知化合物,若不匹配,可尝试在候选的类似物列表中通过分子量的差值进行初步推测。通过GC-MS法初筛还可以得知检材是否为纯净物。若是纯净物,可以进行红外吸收光谱和核磁共振波谱分析。一般来说,一维核磁共振的氢谱、碳谱和氟谱可以满足结构推断的要求,若结构较为复杂,可以进行二维核磁共振测定,如异核单量子关系(heteronuclear singular quantum correlation,HSQC)、异核多碳相关谱(heteronuclear multiple bond correlation,HMBC)等,并结合红外吸收光谱的特征吸收峰以及GC-MS数据,对核磁数据进行解谱以得到化合物的结构信息。若检材不纯,则需要通过手动筛分、柱色谱分离或制备液相色谱等手段进行分离提纯后方可进行下一步测试。

本研究对涉及的苯环己哌啶类和1,3-苯并二氧戊环(即胡椒环)结构合成卡西酮类这两类NPS的测试数据进行初步归纳总结,以供同行进行参考。

3.2.1 苯环己哌啶类NPS的表征特征

苯环己哌啶类NPS均含有1个苯环、1个环己酮及1个氨基,结构通式如图17所示,因此具有相似的红外吸收光谱和核磁共振波谱表征特征。

图17

图17   苯环己哌啶类化合物的结构通式

Fig. 17   General structural formula ofphencyclidine compounds


如化合物C的红外吸收光谱数据,经查阅吴波等[8]报道的类似化合物氟胺酮的红外吸收光谱数据,发现两者数据非常接近,是因为两者结构非常相似,故红外吸收光谱具有类似的特征峰分布。

红外吸收光谱中,若N上有甲基或其他烷基取代,则在3 000~2 850 cm-1范围内有烷基C-H的对称及反称伸缩振动,2 750~2 300 cm-1范围内有仲胺盐NH2+的N-H伸缩振动,1 700 cm-1附近有环己酮的羰基的C=O伸缩振动,1 450 cm-1附近有环己烷的C-H弯曲振动,910~665 cm-1范围内有苯环的=C-H弯曲振动,且该区域可以根据峰的位置确定取代苯环的数量及位置,具有较大的分析价值。

1H-NMR中可见高化学位移区8.0×10-6~6.5×10-6有3~5个H原子,根据取代基的位置,多重峰的裂分情况有所不同,可根据耦合常数得到取代情况。在低化学位移区由于环己烷构象中直立键与平伏键的差异,环上亚甲基的H发生裂分,往往会产生较为复杂的多重峰情形。此外,若苯环或者N上有烷基取代,低化学位移区会有很明显的3个H形成的末端甲基峰。

13C-NMR中,由于环己酮中羰基的存在,在220×10-6~200×10-6范围内有1个很明显的羰基C,而苯环的6个C出现在140×10-6~110×10-6范围内,若苯环上有F原子,则苯环的6个C原子可在165×10-6~110×10-6的较大范围内出现。与N相连的环己酮的C原子的化学位移在75×10-6~70×10-6范围内。低化学位移区40×10-6以内会出现4个环己酮的C原子,若N上或苯环上有烷基取代,则低化学位移区还会出现相应的C原子。

19F-NMR若也有响应,则说明分子中含有F原子。

3.2.2 含1,3-苯并二氧戊环结构合成卡西酮类NPS的表征特征

含1,3-苯并二氧戊环结构合成卡西酮类NPS均含有1个胡椒环、1个羰基及1个氨基,结构通式如图18所示,因此具有相似的红外吸收光谱[20-22]和核磁共振波谱表征特征。

图18

图18   含1,3-苯并二氧戊环结构合成卡西酮类化合物的结构通式

Fig. 18   General structural formula of the compounds ofsynthetic cathinones containing 1,3-benzodioxolane


红外吸收光谱中,若N上有甲基或其他烷基取代,则在3 000~2 850 cm-1范围内有烷基C-H的对称及反称伸缩振动,2 750~2 300 cm-1范围内有叔胺盐NH2+的N-H伸缩振动,1 700 cm-1附近有羰基的C=O伸缩振动,1 270~1 230 cm-1范围内有胡椒环的C-O-C反称伸缩振动,1 050~1 000 cm-1范围内有胡椒环的C-O-C对称伸缩振动,950~900 cm-1范围内有胡椒环上O-CH2-O的C-H弯曲振动,880~800 cm-1范围内有胡椒环上相邻的2个C-H弯曲振动,800~700 cm-1范围内有胡椒环的苯环部分的=C-H弯曲振动。

1H-NMR中可见高化学位移区8.0×10-6~6.5×10-6有3个H原子,为胡椒环苯环部分的3个H原子;在6.5×10-6~6.0×10-6范围内有1个含有2个H原子的单峰,为胡椒环上O-CH2-O的H原子。在低化学位移区可以发现至少1个含有3个H原子的末端甲基峰,以及多个亚甲基和次甲基峰,通过耦合常数可判断甲基、亚甲基和次甲基的分布,并推断出结构信息。

13C-NMR中,由于羰基的存在,在220×10-6~180×10-6范围内有1个很明显的羰基C,而胡椒环苯环部分的6个C出现在160×10-6~100×10-6范围内,在最后1个苯环C稍微往低化学位移处,还有1个胡椒环上O-CH2-O的C原子。与N原子和羰基相连的次甲基的C原子的化学位移在75×10-6~70×10-6范围内。低化学位移区40×10-6以内会出现多个C原子,结合氢谱低化学位移区的信息,可以推断出最终的结构。

3.2.3 小结

本研究中,检材1与检材5的组成成分相同,含有两种物质,一种为化合物A即N-苄基环己胺盐酸盐,为普通化工产品,无精神活性,未列管,另一种为甲基胺酮(即2-MDCK),属于苯环己哌啶类化合物,具有精神活性。由于化合物A与甲基胺酮的外观极为相似,推测化合物A为掺假成分。检材2与检材3的外观形态虽然不同,但是成分完全一致,均为2-乙氨基- 2-(2-氟苯基)环己酮(即2-FXE),属于苯环己哌啶类化合物,具有精神活性。检材4的成分为1-[3,4-(亚甲二氧基)苯基]-2-二甲氨基-1-戊酮(即dipentylone),属于合成卡西酮类化合物,具有精神活性。上述2-MDCK、2-FXE和dipentylone 3个新型毒品均于2024年7月1日被我国正式列管。

本研究使用GC-MS、红外吸收光谱和核磁共振波谱等表征手段在没有标准物质的情形下对多种新型毒品结构进行鉴定,方法简便、准确,并根据物质结构对3种NPS的红外吸收光谱、核磁共振波谱和质谱等表征手段的结构归属进行了探索,总结了相应的特征数据,可为涉毒案件中未知毒品的定性鉴定提供参考。

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