引用本文
吴永富, 曾静, 蔡玉刚, 米兰. 一种新型苯环己哌啶衍生物氟胺酮的质谱分析及结构确证[J].刑事技术, 2021,46(3):273-277
WU Yongfu, ZENG Jing, CAI Yugang, MI Lan. Structural Confirmation of F-ketamine (a Novel Phenyclohexidine Derivative) with Mass Spectrometry and Nuclear Magnetic Resonance[J]. Forensic Science and Technology,2021,46(3): 273-277  
doi: 10.16467/j.1008-3650.2021.0061
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《刑事技术》编辑部
一种新型苯环己哌啶衍生物氟胺酮的质谱分析及结构确证
吴永富1, 曾静2, 蔡玉刚1, 米兰3,*
1. 泸州市公安局刑事科学技术研究所,四川 泸州 646000
2. 西南医科大学,四川 泸州 646000
3. 四川省公安厅刑事侦查局,成都 610041

第一作者简介：吴永富,男,河南原阳人,学士,工程师,研究方向为理化检验技术。E-mail: 277580935@qq.com

基金资助: 四川省省级大学生创新创业训练项目(S202012212005)
摘要

目的 利用气相色谱-质谱联用（GC-MS）、超高效液相色谱-串联四极杆飞行时间质谱(UPLC-QTOF)、核磁共振（NMR）等技术对新型苯环己哌啶衍生物氟胺酮进行结构确认。方法 对缴获的白色晶体使用GC-MS、UPLC-QTOF、1H NMR、13C NMR 进行分析,确定未知化合物分子式。结果 通过GC-MS分析获得未知化合物特征碎片离子 m/ z 164.1、193.1、136.0,推断出其可能裂解机制,通过UPLC-QTOF获得未知化合物的精确质量数为221.1285和同位素离子峰簇特征,结合1H NMR 的质子数为16及其归属,13C-NMR的碳类型,确定分子式为C13H16FNO,并确认该物质为氟胺酮。 结论 GC-MS 、UPLC-QTOF、1H-NMR 、13C-NMR多种方法联合应用可用于对未知精神活性物质的检验。

关键词: 法医毒理学; 苯环己哌啶衍生物; 氟胺酮; 气相色谱-质谱联用; 超高效液相色谱-串联四极杆飞行时间质谱; 核磁共振
中图分类号:DF795.1 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2021)03-0273-05
Structural Confirmation of F-ketamine (a Novel Phenyclohexidine Derivative) with Mass Spectrometry and Nuclear Magnetic Resonance
WU Yongfu1, ZENG Jing2, CAI Yugang1, MI Lan3,*
1. Institute of Criminal Science and Technology, Luzhou Public Security Bureau, Luzhou 646000, Sichuan, China
2. Southwest Medical University, Luzhou 646000, Sichuan, China
3. Criminal Investigation Bureau, Sichuan Provincial Public Security Department, Chengdu 610041, China
* 通信第一作者简介：米兰,女,河北定州人,硕士,副高级工程师,研究方向为理化检验技术。E-mail: 15882727@qq.com
Abstract

Objective to confirm the structure of F-ketamine, a new phenyclohexidine derivative, through the analyses of ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UPLC-QTOF), nuclear magnetic resonance (NMR) and other technic approaches. Methods One seized white crystal was respectively analyzed with GC-MS, UPLC-QTOF,1H-NMR AND13C-NMR so as to determine its contained main chemical and molecular formula. Results Through adoption of GC-MS, an unknown compound from the seized white crystal was detected to have shown its characteristic fragment ions at m/ z 164.1, 193.1, 136.0 so that the involving possible cracking mechanism was therewith inferred. Further, UPLC-QTOF approach brought out the accurate mass amount of the unknown compound being 221.1285 and the characteristic isotopic peak clustering ions. In combination of the proton number being 16 from1H-NMR and attribution ascertainment plus the carbon type from13C-NMR analysis, the unknown compound was determined of its molecular formula as C13H16FNO, therefore confirmed as F-ketamine. Conclusion The combinatorial application of GC-MS, UPLC-QTOF,1H-NMR and13C-NMR is appropriate to test and determine the unknown new psychoactive substances.
Key words: forensic toxicology; phenyclohexidine derivative; F-ketamine; GC-MS; UPLC-QTOF; NMR

苯环己哌啶类药物系中枢神经系统兴奋类药物, 具有较强的成瘾性, 其最具代表性的药物氯胺酮, 是除海洛因和甲基苯丙胺外, 被滥用最多的毒品。由于世界各国打击力度的加强, 一些不法分子为了逃避打击, 利用法律漏洞, 合成多种新精神活性物质, 作为已被管制精神活性物质的替代品[1, 2, 3, 4, 5, 6]。氟胺酮即为一种新型苯环己哌啶衍生药物, 作为氯胺酮的替代品（结构式见图1）, 已在市场上蔓延。据文献报道, 氟胺酮[英文名F-ketamine, 化学名：2-(邻氟苯基)-2-(甲胺基)环己酮, 2-(o-Fluorophenyl)-2-(Methylamino) Cyclohexanone Hydrochlorde, CAS号111982-49-1], 最早由王世玉教授等人于1987年设计并合成[7], 并经动物实验验证, 氟胺酮具有与氯胺酮类似的镇静作用, 长期使用具有成瘾性。关于氟胺酮应用方面的研究鲜有报道。对于氟胺酮的检验, 目前仅有张磊等[8]对于体外氟胺酮疑似样品的气相色谱-质谱联用（GC-MS）的定性定量分析的一篇文献报道, 其他检测数据鲜有涉及。目前, 该药物暂未被我国列管为毒品, 其谱图尚未被NIST库收录, 在日常分析检验过程中容易造成漏检。

图1 氟胺酮和氯胺酮结构式Fig.1 The structure of F-ketamine/ketamine

本文根据其气相色谱-质谱联用法（GC-MS）、超高效液相色谱-串联四极杆飞行时间质谱法（UPLC-QTOF）、核磁共振波谱法（1H NMR、13C NMR）的实验数据对其结构进行确认, 为相关部门提供数据参考。

1 材料与方法
1.1 主要仪器与试剂

7890A-5975C型气相色谱-质谱联用仪（美国 Agilent公司 ）; Exion-500R超高效液相色谱-串联四级杆飞行时间质谱仪（美国 AB Sciex 公司）; Bruker AVANCEIII 400MHz超导核磁共振仪（德国Bruker公司）。

甲醇、乙腈（色谱纯, 德国 merck公司）; 甲酸（色谱纯, 美国 Sigma-Aldrich 公司）; 氘代甲醇（美国剑桥公司）; 超纯水为实验室Milli-Q 超纯水系统自制; 其他化学试剂及药品均为分析纯。

1.2 仪器条件

1.2.1 气相色谱-质谱联用仪条件

色谱条件：HP-5MS 毛细管柱（30 m× 0.25 mm, 0.25 μ m）; 载气为高纯氦气, 进样口温度：280 ℃, 分流比：20∶ 1, 流速1 mL/min; 初温100 ℃保持2 min, 以20 ℃/min 程序升温至280 ℃保持4 min, 实验用时16 min。

质谱条件：离子源温度：230 ℃ ; 传输线温度：250 ℃ ; 离子源：EI 源, 电压70 ev; 溶剂延迟：2.5 min; 采用全扫描模式（Scan）; 扫描范围：45~450 amu。

1.2.2 超高效液相色谱-串联四极杆飞行时间质谱条件

色谱条件：色谱柱：Agilent Eclipse C18 Aq （2.1 mm× 50 mm , 1.8 μ m）; 流动相：乙腈 (A) - 0.1%甲酸水 (B); 梯度：5%（10 min）100%A。

质谱条件：ESI源正离子检测, 源电压5.5 kV, 氮气为干燥气, 离子源Gas1 50 psi, 离子源Gas2 50 psi, 气帘气35 psi, CAD气7 psi, 温度500 ℃, 扫描范围m/z 100~1 500。

1.2.3 超导核磁共振仪条件

溶剂为氘代甲醇, 探头温度300.0 K, 实验采用标准脉冲序列。

1.3 样品收集及前处理

缴获白色晶体约20 mg。将缴获的白色晶体研磨均匀后取10 mg, 置于10 mL 离心管中, 加入甲醇10 mL, 涡旋震荡10 min, 8 000 r/min离心5 min后取上清液, 稀释到合适浓度分别供GC-MS、UPLC-QTOF分析; 另取白色晶体5 mg用氘代甲醇溶解后离心取上清液供1H NMR、13C NMR分析。

2 结果与讨论
2.1 GC-MS 分析

将1.3中所获得的上清液配制成0.1 mg/mL的甲醇溶液按照1.2.1所述的分析条件进行GC-MS分析, 得到该样品的总离子流色谱图和质谱图（图2）, 在7.222 min处出现色谱峰（氯胺酮出峰时间8.302 min, 见图3）。其主要特征碎片离子为m/z 164.1、193.1、136.0。通过对已知质谱谱库（Mainlib、Replib、Wiley14、NIST17）进行检索, 未得到匹配结果。但是, 该化合物与氯胺酮主要特征碎片离子m/z 180.0、209.1、152.0相比, 所有质量数均相差16（氯原子与氟原子的质量数差值）。根据此特征规律推断, 该化合物可能系氯胺酮氯原子被氟取代的化合物。氟胺酮的一级质谱可能裂解途径见图4。

图2 样品总离子流图（a）和质谱图 （b）Fig.2 TIC (a) and mass spectra (b) of the sample

图3 氯胺酮的总离子流图（a）和质谱图（b）Fig.3 TIC (a) and mass spectra (b) of ketamine

图4 氟胺酮一级质谱裂解机制推断Fig.4 Postulated mechanism of cleavage of F-ketamine into primary mass spectral components

2.2 UPLC-QTOF分析

如图5所示, 该化合物准分子离子峰[M+H]+：222.128 5, 并伴随[M+Na]+：244.110 5, 同时观察到碳氮键断裂[M-CH3NH2+H]+：191.086 5。根据精确分子量推测其分子式为C13H16FNO, 理论值偏差4.1 mg/mL。样品的二级质谱如图6所示, 根据其碎片离子推断其可能的断裂路径见图7。

图5 样品正离子高分辨质谱图Fig.5 High-resolution mass spectrogram of the positive ions from sample

图6 样品的二级质谱Fig.6 The secondary mass spectrum of the sample

图7 样品可能的二级质谱断裂途径Fig.7 Possible route of fragmentation of the sample into its secondary mass spectral components

2.3 核磁共振分析

2.3.1 1H NMR分析

经1H NMR分析（图8）, 可见10组峰。甲基CH3：δ 3.26 ppm 单峰, 3个氢; 胺基NH：δ 4.16 ppm 单峰, 1个氢; 芳香环H：δ 7.10 、δ 7.26、δ 7.63、δ 7.71 ppm多重峰, 4个氢; 亚甲基CH2： δ 1.70; 1.80、δ 1.86; 1.89、δ 2.04; 2.29 和δ 2.33; 2.33 ppm, 多重峰, 8个氢, 因立体结构效应和临近N和芳香基团的影响分裂。1H-NMR数据归属如表1所示。

图8 样品1H NMR分析Fig.8 1H-NMR analysis of the sample

表1 样品1H NMR数据 Table 1 1H NMR data of the sample

2.3.2 13C NMR分析

经13C NMR分析（图9）, 可见13组峰： δ 30.9 ppm （C-1” ）为甲基碳信号; δ 19.3、δ 27.4、δ 35.8、δ 37.9 ppm（C-4、C-5、C-6、C-3）为亚甲基碳信号; δ 80. 2 ppm为季碳信号; δ 208.2 ppm为羰基碳信号; δ 115.3、δ 127.1、δ 127.5、δ 131.9 ppm（C-3’ 、C-5’ 、C-4’ 、C-6’ ）为叔碳信号; δ 160.6（C-2’ ）为与氟原子相连的季碳信号。13C NMR数据归属如表2所示。

图9 样品13C-NMR分析Fig.9 13C -NMR analysis of the sample

表2 样品13C -NMR数据 Table 2 13C -NMR data of the sample
2.4 分析与讨论

根据GC-MS数据分析, 样品与氯胺酮特征碎片裂解规律初步判断, 样品可能为氯胺酮的氯原子被一个氟原子取代; 结合高分辨质谱确定样品的精确分子量为221.128 5, 以及二级质谱特征碎片推断其可能裂解途径; 由1H NMR核磁共振谱确定质子数为16, 并确定其质子归属; 再结合13C NMR核磁共振谱确定碳原子归属, 由此确定检测样品为氟胺酮。高分辨质谱能够通过质量精度得到精确分子量, 大大提高了对未知物的识别能力, 结合二级质谱和1H NMR、13C NMR核磁共振谱的质子和碳原子归属, 可以快速确定未知物的结构。氟胺酮系新型苯环己哌啶衍生物, 目前尚未被NIST 谱库收录, 办案过程中可采用多技术手段综合分析, 获取更多相关数据, 确证此类未知化合物的结构。

3 案件应用

2019年11月, 某市公安局禁毒部门在娱乐场所缴获少量白色晶体, 经胶体金检测, 吗啡、甲基苯丙胺、氯胺酮均呈阴性, 据嫌疑人交代确有吸食毒品事实, 办案民警将晶体送至笔者所在实验室, 最后经检验确定该物质为氟胺酮。

4 结论

本文建立了采用气相色谱-质谱联用、高分辨质谱和1H NMR、13C NMR核磁共振谱联合技术, 确证尚未录入谱库的未知药物氟胺酮化学结构的检验方法, 并对质谱的数据规律进行总结, 以及高分辨质谱精确分子量、核磁共振氢谱中质子的归属和碳谱中碳的归属进行了探索, 得到了氟胺酮的波谱特征数据, 为该物质的检验提供数据参考。

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