引用本文
李骏波. 3,4-二甲基-5-苯基-1,3-噁唑烷检验[J].刑事技术, 2020,45(3):321-324
LI Junbo. Verification of 3,4-Dimethyl-5-phenyl-1,3-oxazolidine from a Case[J]. Forensic Science and Technology,2020,45(3): 321-324  
doi: 10.16467/j.1008-3650.2020.03.022
Permissions
Copyright©2020, 《刑事技术》编辑部
《刑事技术》编辑部
3,4-二甲基-5-苯基-1,3-噁唑烷检验
李骏波
广西南宁市公安局禁毒支队毒品检验科,南宁 530001

作者简介：李骏波,男,广西合浦人,学士,中级警务技术任职资格,研究方向为毒品检验。E-mail: 17606766@qq.com

摘要

在一起案件中,嫌疑人使用麻黄碱合成了一种未知的物质。使用气相色谱-质谱联用仪检验,未知物质的保留时间与麻黄碱的保留时间相近,其分子量为177个原子质量单位。随后的文献检索表明,麻黄碱能与醛类化合物反应生成噁唑烷。因此,未知物比麻黄碱多12个原子质量单位可以由麻黄碱与甲醛的缩合来解释。通过使用麻黄碱标准品和甲醛合成加合物,气相色谱质谱联用仪分析后,合成的加合物与样品中的未知物质保留时间匹配,质谱图与未知物质的质谱图匹配,证实嫌疑人合成的是3,4-二甲基-5-苯基-1,3-噁唑烷。

关键词: 3,4-二甲基-5-苯基-1,3-噁唑烷; 麻黄碱; 甲醛; GC/MS
中图分类号:DF795.1 文献标志码:B 文章编号:1008-3650(2020)03-0321-04
Verification of 3,4-Dimethyl-5-phenyl-1,3-oxazolidine from a Case
LI Junbo
Laboratory of Fighting Drugs Detachment, Nanning Public Security Bureau, Nanning 530001, China
Abstract

One unknown substance, seized from a case, was suspected of synthetic from ephedrine. Under identical gas chromatographic conditions, the substance showed the same retention time as that of ephedrine, yet different for their mass spectra, thereby indicating its actual molar mass of 177 amu. As suggested by the literature searched, ephedrine can react with aldehyde to produce oxazolidine. Thus, the more 12 amu of molar mass of the unknown compound than ephedrine can be potentially accounted for addition of a carbon atom into the ephedrine that had reacted with formaldehyde. Through synthesis of 3,4-dimethyl-5-phenyl-l,3-oxazolidine with standard ephedrine and formaldehyde, GC-MS was used to analyze both the newly-synthesized compound and that unknown substance from case, revealing same retention time from the two analyzed compounds together with their spectra being well-matched. Therefore, the unknown compound from case was confirmed to be 3,4-dimethyl-5-phenyl-1,3-oxazolidine.

Key words: 3,4-dimethyl-5-phenyl-l,3-oxazolidine; ephedrine; formaldehyde; GC/MS

近期, 南宁市禁毒部门破获一起贩毒案件, 嫌疑人使用“ 奶茶” 来配制“ 神仙水” 。两种样品使用同样的试剂、提取方法及仪器条件, GC-MS检验。“ 奶茶” 中检出麻黄碱, 但“ 神仙水” 中未检出麻黄碱, 而在麻黄碱保留时间处出现一未知物色谱峰。笔者对谱图进行分析, 认为未知物的摩尔质量为177 amu; 进一步分析和计算显示未知物可由麻黄素和甲醛反应, 失去一个水分子后生成; 经实验合成该加合物并使用GC/MS检验, 确认未知物质为3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷。3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷, 又名3, 4-二甲基-5-苯基噁唑烷, 分子式为C11H15NO, 分子量为177.247 g/mol[1], 该物质无常见用途, 对人体作用尚未明确, 无毒理学数据[2], 也没有人类滥用的案例, 这是首次在毒品市场发现用于贩卖。笔者对麻黄碱-甲醛的反应机理做推测, 并对反应条件做了实验, 证实在室温条件下, 少量的甲醛即可与麻黄碱迅速发生反应, 生成加合产物。

1 实验
1.1 仪器和试剂

美国Agilent 7890 /5975C气质联用仪, 甲醛、乙醇（成都科龙, 分析纯）, 乙酸乙酯（广东光华, 分析纯）, 盐酸麻黄碱（公安部禁毒局国家毒品实验室）。

1.2 样品预处理

取可疑样品1 mL, 用1 mol/mL的NaOH调至pH=10, 用1 mL乙酸乙酯提取, 震荡, 离心, 取上清液待进GC/MS。

1.3 合成3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷

称取适量盐酸麻黄碱, 配制成1.0 mg/ mL乙醇液, 待进GC/MS。

取1.0 mL的麻黄碱乙醇溶液, 加入1.0 mL甲醛, 将该混合物在环境温度下涡轮振荡5 min, 取上清液待进GC/MS。

1.4 仪器条件

1.4.1 GC分析条件

色谱柱：HP-5MS, 进样口温度280 ℃; 柱温程序：起始温度60 ℃, 保持0 min, 以15 ℃/min的升温速率升温至280 ℃, 保持15 min; 载气：高纯He气; 流速：1 mL/min; 进样量1.0 μ L, 分流比：20:1。

1.4.2 MS分析条件

EI源, 电子能量70 eV, 离子源温度230 ℃, GC/MS接口温度280℃, 四极杆温度150 ℃, 电子倍增器电压1 635 V, 质量扫描m/z 40~500, 扫描方式：SCAN。

2 结果
2.1 样品结果分析

样品预处理后进GC/MS分析, 得到总离子图（图1）和未知物质的质谱图（图2）。未知物保留时间7.253 min, 质谱图基峰m/z 71, 最大碎片离子峰m/z 176, 比第二大的离子峰m/z 162多了14 amu, 属不合理的中性碎片损失, 因此m/z 176不可能是未知物的分子离子峰, m/z 176应为M-1或者M+1峰。但如是M+1峰, 即未知物摩尔质量为175 amu, 减去m/z 162等于13, 也是不合理的中性碎片损失。所以m/z 176最大可能可能是M-1峰, 177-162=15, 正是一个甲基, 属合理的中性碎片损失, 因此未知物质的摩尔质量应为177 amu。

图1 样品的TIC图Fig.1 TIC of the sample from case

嫌疑人使用“ 奶茶” 配制“ 神仙水” , 因此“ 神仙水” 中的未知物可能是“ 奶茶” 中麻黄碱与其他物质反应而来。反应产物分子量177 amu, 比反应物麻黄素165 amu多了12 amu。而有机物常见基团中未有哪个摩尔质量为12 amu, 可能是反应中麻黄素引入了一个碳原子。经文献检索, 发现麻黄碱可与芳香醛类化合物反应成杂环化合物[3, 4, 5], 该环化反应涉及胺与醛的缩合, 失去一个水分子。麻黄碱生成的未知物的摩尔质量为胺加醛的总质量减去水的质量, 样品中为177 amu。因此参与反应的醛的摩尔质量可以根据质量守恒定律求出, 麻黄素（165）+未知醛=未知物质（177）+H2O（18）, 未知醛=177+18-165= 30 amu。符合此条件的只有甲醛, 且甲醛与麻黄素反应脱掉个水后正好加入的是一个碳原子12 amu, 与前面分析相符。下一步即合成麻黄碱-甲醛缩合物来验证猜测。

2.2 麻黄碱-甲醛加合物结果分析

取配好的1.0 mg/mL的麻黄碱乙醇溶液进GC/MS分析, 总离子图见图3。麻黄碱保留时间为7.259 min, 基峰为m/z 58, 质谱图见图4。接着取1.0 mL麻黄碱乙醇溶液, 加入1.0 mL甲醛, 反应生成3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷, GC/MS分析, 总离子图见图5, 基峰m/z 71。保留时间为7.290 min, 与麻黄碱标样（7.259 min）以及样品中未知物（7.251 min）的保留时间均非常相近; 麻黄碱-甲醛加和物质谱（图6）与未知物的质谱（图2）匹配度达90。保留时间与碎片离子均匹配, 样品中未知物质定性为3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷。

图2 未知物质的质谱图Fig.2 Mass spectrum of the sample from case

图3 盐酸麻黄碱的TIC图Fig.3 TIC of ephedrine

图4 盐酸麻黄碱的质谱图Fig.4 Mass spectrum of ephedrine

图5 3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷的TIC图Fig.5 TIC of 3, 4-dimethyl-5-phenyl-1, 3-oxazolidine

图6 3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷的质谱图Fig.6 Mass spectrum of 3, 4-dimethyl-5-phenyl-1, 3-oxazolidine

麻黄素与少量的甲醛反应结果如下。取20 μ L甲醛加入2 mL乙醇, 震荡后取20 µ L混合液加入1 mL配置好的1.0 mg/ mL麻黄素乙醇液, 常温下振荡1 min, 即刻进GC/MS分析, 结果如图7。7.250 min处麻黄素与7.275 min噁唑烷色谱峰部分重叠, 其中麻黄素的基峰为m/z 58, 3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷的基峰为m/z 71, 提取两离子以合并格式显示离子色谱图（图7）。分析结果显示, 极少量的甲醛即可与麻黄素在常温下迅速发生反应。

图7 两种物质的提取离子色谱图Fig.7 Ion chromatograms extracted from two substances

2.3 麻黄碱-甲醛反应机理推测

为方便理解, 本文对麻黄碱-甲醛的反应过程做一个简化的推测（图8）。麻黄碱中含有胺基, 胺基上氮元素存在孤对电子, 因此胺基常作为亲核试剂进攻底物中的碳原子, 与碳原子形成共价键。而甲醛作为羰基化合物, 非常容易与亲核试剂发生亲核加成反应。因此麻黄碱与甲醛的反应的机理可能如下：甲醛质子化, 麻黄碱氮原子上孤对电子进攻甲醛, 与甲醛上碳原子形成共价键, 同时甲醛C=O上π 键发生断裂, 电子对转移到氧原子, 去质子, 1号位氧提供电子对与2号位C成键, 水离去, 生成3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷。反应最好在富含质子的溶剂中, 从方便检验的角度考虑, 笔者选择乙醇在反应中作为极性质子溶剂。

图8 麻黄碱与甲醛的反应机理Fig.8 Reaction of ephedrine with formaldehyde

2.4 麻黄碱和3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷基峰的形成

3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷由麻黄碱合成, 但两者的质谱图相差甚远, 麻黄碱的基峰为m/z 58, 而3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷的基峰为m/z 71。两者的结构上的差异, 导致在EI离子源轰击下产生的碎片离子和基峰出现差异。为了更详细地阐明, 本文对其产生的碎片离子及基峰形成规律进行了推测, 图9 A为麻黄碱在EI源轰击下发生α -裂解, 产生m/z 58的基峰。图9B为3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷的基峰m/z 71和m/z 56碎片离子的形成。

图9 A：麻黄素具有m/z 58的基峰; B：3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-恶唑烷具有m/z 71的基峰Fig.9 A: ephedrine having a mass spectrum at base peak of m/z 58, and B: 3, 4-dimethyl-5-phenyl-1, 3-oxazolidine at m/z 71

3 讨论

3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷在1999年首次被报道, Russell等[6]在一尿液样品中检出3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷, 原因为麻黄碱与提取溶剂中存在痕量甲醛反应导致的。Chee等[7]的研究表明, 气相色谱进样口中部分甲醇会转化为甲醛, 其与麻黄碱在进样口形成缩合产物, 导致错误的检验结果。在存在甲醛源的情况下, 导致麻黄碱-甲醛加合物被错误识别为芬美曲秦也有报道[8]。笔者检验时发现, 芬美曲秦在检索中匹配最高, 芬美曲秦在国内属于管制药物被禁止使用, 由于其质谱与3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷的质谱相似, 因此简单的相信谱库检索就可能导致错误的鉴定结果。与上述不同, 在本文案例中, 3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷并非痕量的污染物, 而是被嫌疑人当做毒品用于贩卖, 其上家则在广西上林县。在此案例的两个月后, 笔者在广西上林县送检的一起液体毒品中, 也检出了3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷, 疑似上家, 两起案件嫌疑人均自述此毒品滥用效果不佳。据上林县案件嫌疑人的询问笔录记载, 其从广西宾阳县购买的配方, 但对制造的是何物一无所知。因此, 可能嫌疑人所谓配方中, 使用麻黄素与含有甲醛的液体配制毒品, 导致麻黄素与甲醛反应, 合成了3, 4-二甲基-5-苯基-1, 3-噁唑烷。

参考文献
[1] National Center for Bbiotechnology Information. PubChem compound database: CID=434666, 3, 4-Dimethyl-5-phenyl-1, 3 -oxazolidine[DB/OL]. [2018-05-23]. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/434666. [本文引用:1]
[2] U. S. National Library of Medicine. TOXNET databases [DB/OL]. [2018-05-23]. https://toxnet.nlm.nih.gov/cgi-bin/sis/search2. [本文引用:1]
[3] 綦聚鳌, 张清德, 张嘉特, 等. 麻黄碱的噁唑烷衍生物的合成[J]. 中国药物化学杂志, 1991(1): 12-16.
(QI Juao, ZHANG Qingde, ZHANG Jiate, et al. Synthesis of ephedrine oxazolidine derivatives[J]. Chinese Journal of Medicinal Chemistry, 1991(1): 12-16. ) [本文引用:1]
[4] 刘利军, 王富强, 谢慧军, 等. 麻黄碱衍生噁唑烷类化合物的立体选择性合成[J]. 化学研究与应用, 2004, 16(1): 88-90.
(LIU Lijun, WANG Fuqiang, XIE Huijun, et al. Studies on stereoselective synthesis of oxazolidine derivatives of ephedrine[J]. Chemical Research and Application, 2004, 16(1): 88-90. ) [本文引用:1]
[5] NEELAKANTAN L. Asymmetric synthesis. II. Synthesis and absolute configuration of oxazolidines derived from (-)-ephedrine and aromatic aldehydes[J]. Journal of Organic Chemistry, 2002, 36(16): 161-166. [本文引用:1]
[6] LEWIS R J, HUFFINE E F, CHATURVEDI A K, et al. Formation of an interfering substance, 3, 4-dimethyl-5-phenyl-1, 3-oxazolidine, during a pseudoephedrine urinalysis[J]. Journal of Forensic Sciences, 2000, 45(4): 898-901 [本文引用:1]
[7] KEE C L, LAI C S, GE X, et al. Partial conversion of methanol to formaldehyde in the gas chromatography injection port and reactivity with amines[J]. Journal of Chromatography A, 2012, 1257(18): 158 [本文引用:1]
[8] WILLE S M, LAMBERT W E. Phenmetrazine or ephedrine? Fooled by library search[J]. Journal of Chromatography A, 2004, 1045(1-2): 259 [本文引用:]