引用本文
罗璇, 曾长广, 王燕军. 5F-UR-144的热不稳定性研究[J].刑事技术, 2022,47(1):64-68
LUO Xuan, ZENG Changguang, WANG Yanjun. Exploration into 5F-UR-144 about Its Thermal Instability[J]. Forensic Science and Technology,2022,47(1): 64-68  
Doi: 10.16467/j.1008-3650.2021.0151
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《刑事技术》编辑部
5F-UR-144的热不稳定性研究
罗璇1, 曾长广1, 王燕军2,*
1.德阳市公安局刑事侦查支队,四川 德阳 618000
2.四川省公安厅刑侦总队,成都 610000
* 通信作者简介：王燕军,男,河北滦南人,硕士,正高级工程师,研究方向为毒物、理化检验。E-mail: 404386715@qq.com

第一作者简介：罗璇,男,四川什邡人,学士,工程师,研究方向为毒物、毒品、理化检验。E-mail: 398818938@qq.com

收稿日期: 2021-03-03 修回日期: 2021-09-24
基金资助: 四川省高校重点实验室开放课题（2020ZD05）
摘要

目的 利用气相色谱-质谱法（GC-MS）、液相色谱-四级杆-飞行时间质谱（LC-Q-TOF/MS）和核磁共振光谱法（NMR）研究合成大麻素5F-UR-144遇热分解的具体变化情况。方法 对照品用无水乙醇定容稀释后,经GC-MS和LC-Q-TOF/MS检测得到对应的色谱图和质谱图;对照品分别于常温和280℃密封加热后用无水乙醇定容稀释,经LC-Q-TOF/MS和NMR检测得到对应的质谱图、1H和13C核磁共振波谱;对照品分别于常温逐步提升至300℃密封加热后用无水乙醇定容稀释,经LC-Q-TOF/MS检测得到对应的色谱图。结果 5F-UR-144在高温下会开环产生新的物质;5F-UR-144从130℃开始分解,随着温度升高分解程度提升,240℃时分解率达到98%;随着温度继续升高,超过260℃,分解产物会碳化。结论 基于5F-UR-144的热不稳定性,在检测时应考虑若通过烫食方式吸食5F-UR-144,其进入人体的成分会发生变化;气相色谱或气相色谱-质谱法不适合定量检测5F-UR-144。

关键词: 法医毒物学; 合成大麻素; 5F-UR-144; 液相色谱-四极杆-飞行时间质谱（LC-Q-TOF/MS）; 核磁共振光谱（NMR）; 气相色谱-质谱（GC-MS）; 热不稳定性
中图分类号:DF795.1 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2022)01-0064-05
Exploration into 5F-UR-144 about Its Thermal Instability
LUO Xuan1, ZENG Changguang1, WANG Yanjun2,*
1. Deyang Public Security Bureau, Deyang 618000, Sichuan, China
2. Sichuan Provincial Public Security Department, Chengdu 610000, China
Abstract

Objective To explore the thermal instability of 5F-UR-144 by way of GC-MS, LC-Q-TOF/MS and NMR.Methods 5F-UR-144 was dissolved into ethanol, then analyzed with GC-MS and LC-Q-TOF/MS to have its thermal decomposition disclosed, with its operations of LC-Q-TOF/MS and NMR being carried out for confirmation of new substances generated after sealing for heating at room temperature and/or 280℃ meanwhile its thermal instability being explored through LC-Q-TOF/MS under the temperatures rising from room level to 300°C.Results 5F-UR-144 indeed generated new substances after heating to have its cyclic structure disrupted, demonstrating it starting to decompose from 130°C and completing decomposition up to 98% at 240°C, yet beginning to carbonize on the temperature exceeding over 260°C.Conclusions 5F-UR-144 is of thermal instability so that its ingestion is discrepant, resulting in the ingested substances involved being different, too. GC or GC-MS is not available for the quantitative examination of 5F-UR-144.

Key words: forensic toxicology; synthetic cannabinoids; 5F-UR-144; liquid chromatography quadrupole time-of-flight mass spectrometry (LC-Q-TOF/MS); nuclear magnetic resonance (NMR); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); thermal instability

目前新精神活性物质[1]约有600余种、7个类别[2], 分别是卡西酮类、合成大麻素类、哌嗪类、致幻剂类、阿片类、解离性麻醉剂类和苯丙胺类兴奋剂。其中合成大麻素类是新精神活性物质中最大的家族, 其最初是以治疗疼痛为目的由化学家合成出来, 但后来因该类物质具有作用时间长、易用性、易得性等诸多特点, 被当作天然大麻替代品而被广泛滥用, 品种也不断更新, 已由第一代萘甲酰吲哚类发展至第八代吲唑酰胺类, 有报道的物质已达200余种[3], 但我国仅仅管制其中45种 [4, 5]。因其具有Δ 9-四氢大麻酚类似的结构和激动大麻素受体的能力[6], 它可与已知的大麻素受体CB1和CB2其中之一或者两者结合产生致幻作用, 成为危害人类健康的重大隐患。最常见的两种合成大麻素是JWH-018和JWH-073, 这些新版本包括AM1248、AKB48、UR144和5F-UR-144, 5F-UR-144是UR144的含氟版本, 化学式C21H28FNO, CAS号1364933-54-9, 结构图见图1。本文以高效液相色谱-质谱联用法为基础, 使用高分辨液质联用和核磁共振技术对5F-UR-144进行热不稳定性研究。

图1 5F-UR-144结构式Fig.1 Structure of 5F-UR-144

1 材料与方法
1.1 仪器与试剂

安捷伦7890A-7000（EI源）气质联用仪, 安捷伦1260-6530液相色谱-四级杆-飞行时间质谱仪, 电喷雾离子源（ESI）（美国Agilent科技公司）; Bruker AV II-400光谱仪（德国Bruker科技公司）; 涡旋振荡器CM-1000（日本EYELA东京理化株式会社）; 台式离心机5810R（德国Eppendorf科技公司）; 格莱尼尔烘烤箱GN-25A（格莱尼尔精密控湿设备〔苏州〕有限公司）。

去离子水; 乙腈、甲酸铵、甲酸, 均为质谱纯（德国Merck Chemicals公司）, 乙醇为分析纯 （成都科隆化学品有限公司）。

1.2 对照物质

5F-UR-144对照品, 纯度大于99%（自己合成所得, 经液质和核磁氢谱归一化法测定确认）, 置于-30 ℃冰箱保存。

1.3 样品处理

精确称取5F-UR-144对照品10 mg, 加入适量乙醇溶液配制为100 μ g/mL溶液, GC-MS进样1 μ L。

精确称取5F-UR-144对照品10 mg, 加入适量乙醇溶液配制为1 μ g/mL溶液, LC-Q-TOF/MS进样1 μ L。

1.4 仪器分析条件

1.4.1 GC-MS分析条件

色谱柱：DB-5MS （30 m × 0.25 mm × 0.25 μ m）; 色谱柱温程：初始温度60 ℃, 以15 ℃/min升温至 280 ℃保持15 min; 进样口温度：280 ℃; 传输线温度：250 ℃。

离子源：EI; 质量范围：40 ~ 500 amu; 采集方式：全扫描; 离子源温度：230 ℃; 分流比：2:1; 载气：高纯氦气; 柱流量：1.5 mL/min; 溶剂切割时间：3 min。

1.4.2 LC-Q-TOF/MS分析条件

雾化气温度 325 ℃; 干燥气流速 10 L/min; 毛细管入口电压：4 000 V; 毛细管出口电压：120 V; 锥孔电压：65 V; 扫描范围：50 ~ 1 000 m/z; 采集频率：1 spectra/s; 离子源：ESI+。

色谱柱：ZORBAX Extend-C18（2.1 mm × 50 mm, 1.8-Micron）; 流速0.5 mL/s; 流动相：A为20 mmol/L甲酸铵+0.1%甲酸, B为乙腈, 梯度洗脱条件见表1。

表1 梯度洗脱条件 Table 1 Gradient elution conditions

1.4.3 NMR分析条件

以CDCl3为内参（CDCl3：δ = 7.26 ppm）或DMSO-d6（δ = 2.50 ppm）测量1H NMR（400 MHz）化学位移; 以CDCl3为内参（CDCl3：δ = 77.16 ppm）或DMSO-d6 （δ = 39.52 ppm）测量13C NMR（100 MHz）化学位移。

2 结果
2.1 仪器分析结果

使用气质和液质进样5F-UR-144发现, 气质联用分析时有两个色谱峰（见图2a）, 保留时间分别为16.270和16.571 min, 且气质联用两个色谱峰的质谱图不一致（见图3）, 而液质联用分析时只有一个色谱峰（见图2b）, 保留时间为4.004 min。疑似5F-UR-144因气相色谱进样口、色谱柱、传输线持续处于较高的温度, 使5F-UR-144结构变异, 生成新的物质。

图2 5F-UR-144 GC-MS (a)、LC-Q-TOF/MS (b) EIC图Fig.2 EIC of 5F-UR-144 from GC-MS (a) and LC-Q-TOF/MS (b)

图3 5F-UR-144（a）及其结构变异产物（b）质谱图Fig.3 MS of 5F-UR-144 (a) and the product having its structure varied (b)

2.2 测定5F-UR-144结构变异产物

利用高分辨液质质谱碎片解析并结合文献查询等手段, 可以确认目标物质的分子结构[7]。称取5F-UR-144对照物质10 mg, 密封在顶空瓶中, 在280 ℃加热5 min后加入适量乙醇溶液配制成浓度为1 μ g/mL的溶液, 使用LC-Q-TOF/MS进样1 μ L。

通过TOF测定5F-UR-144结构变异产物色谱峰的保留时间为3.902 min（图4）, 较5F-UR-144保留时间4.004 min提前0.1 min, 但与5F-UR-144分子质量一致, 仍为m/z 330.222 8, 使用仪器Formula Finder软件推测出分子式仍为C21H28FNO。以m/z 330.222 8为母离子, 在保留时间3.902和4.004 min处以CID电压为10、20、40 V做Target MS/MS二级质谱分析, 进样未经高温处理和经高温处理后的1 μ g/mL 5F-UR-144溶液1 μ L, 得到高分辨液质质谱碎片（图5）; 并用Bruker AV II-400光谱仪测定5F-UR-144及其结构变异产物的1H和13C核磁共振波谱（见补充材料图S1和S2）。

图4 5F-UR-144 280° C加热5min进样EIC图Fig.4 EIC of 5F-UR-144 heated at 280℃ for 5min

图5 5F-UR-144（左）及其结构变异产物（右）在不同CID电压时的二级质谱图Fig.5 MS/MS of 5F-UR-144 and its decomposition products at different CID voltages

2.3 5F-UR-144分解产物确认

结合5F-UR-144及其结构变异产物的GC-MS质谱图和LC-Q-TOF/MS二级质谱图, 两种物质均会产生m/z 232.113 2和m/z 144.044 4的离子, m/z232.113 2离子应为C14H15FNO+。m/z 144.044 4离子的同位素峰为m/z 145.047 5, 根据Δ M=1/Z, 可以推测出此离子仅带一个电荷, 应为C9H5N捕获了1个H形成C9H6N+。

此外仅5F-UR-144会产生m/z 97.101 2的离子, 结构式为C7H13+, 其结构变异产物则不会, 猜测结构的变异就在此位置, 各离子结构见图6。

图6 5F-UR-144及其结构变异产物的质谱碎片分析Fig.6 Analysis into the fragments of 5F-UR-144 and its structure-variant products

根据5F-UR-144及其结构变异产物核磁共振图谱分析氢谱和碳谱归属：

1H NMR（400 MHz, CDCl3）δ 8.42 - 8.39（m, 1H, H6）, 7.66（s, 1H, H8）, 7.35 - 7.25（m, 3H, H1, 2, 3）, 4.50（t, J = 5.9Hz, 1H, H23）, 4.38（t, J = 5.9 Hz, 1H, H23）, 4.18（t, J = 7.1 Hz, 2H, H19）, 1.98 - 1.91（m, 2H, H22）, 1.95（s, 1H, H11）, 1.77 - 1.68（m, 2H, H20）, 1.51 - 1.47（m, 2H, H21）, 1.35（s, 6H, H16）, 1.31（s, 6H, H17, 18）。

13C NMR（101 MHz, CDCl3）δ 194.64（C10）, 136.57（C4）, 133.35（C8）, 126.42（C5）, 122.97（C2）, 122.78（C6）, 122.14（C9）, 119.80（C1）, 109.55（C3）, 83.67（C23）, 46.88（C13）, 41.70（C12）, 31.68（C11）, 30.05（C22）, 29.86（C20）, 29.65（C21）, 24.08（C19）, 17.03（C18）。

1H NMR（400 MHz, CDCl3）δ 8.51 - 8.47（m, 1H, H6）, 7.71（s, 1H, H8）, 7.38 - 7.28（m, 3H, H1, 2, 3）, 5.31（s, 1H, H11）, 4.83 - 4.81（m, 2H, H16）, 4.51（t, J = 5.9 Hz, 1H, H23）, 4.39（t, J = 5.9 Hz, 1H, H23）, 4.19（t, J = 7.1 Hz, 2H, H19）, 1.96（p, J = 7.2 Hz, 2H, H13）, 1.87（s, 3H, H15）, 1.81 - 1.68（m, 2H, H22）, 1.53 - 1.47（m, 2H, H20）, 1.28（s, 6H, H17, 18）。

13C NMR（101 MHz, CDCl3）δ 194.66（C10）, 152.52（C12）, 136.70（C4）, 134.50（C8）, 126.61（C5）, 123.28（C2）, 123.11（C6）, 122.47(C1）, 118.24（C16）, 109.65（C9）, 109.09（C3）, 83.63（C23), 49.64（C11）, 46.95（C19）, 39.00（C22）, 30.03（C20）, 29.83（C13）, 29.55（C21）, 27.71（C17）, 22.86（C15）, 19.98（C18）。

综合高分辨液质质谱碎片解析和核磁共振波谱测定结果, 5F-UR-144结构变异产物的结构式见图7, 结构上12号C与13号C之间的单键断裂开环, 12号C与16号C之间单键变为了双键, 经查CAS号为1616469-09-0, 确证了5F-UR-144在高温下生成了新的物质。

图7 5F-UR-144分解产物结构式Fig.7 Structure of the product decomposed from 5F-UR-144

2.4 5F-UR-144热不稳定测定

分别称取5F-UR-144对照品10 mg, 置于顶空瓶中并密封, 在温度递增的情况下对顶空瓶加热5 min, 冷却到常温, 加入适量乙醇溶液配制成1 μ g/mL, 使用LC-Q-TOF/MS进样1 μ L。

5F-UR-144随着温度升高, 分解产物峰面积占比提升, 从130 ℃开始产生分解产物, 240 ℃时5F-UR-144分解产物峰面积占比达到98%左右。随着温度继续升高, 5F-UR-144分解产物峰面积占比不再上升反而因破坏而下降, 240 ℃时样品溶液颜色开始变黄, 260 ℃碳化现象明显, 分解产物的含量明显下降, 在300 ℃碳化程度明显提升, 详细数据见表2。

表2 不同加热温度5F-UR-144的分解情况 Table 2 Decomposition of 5F-UR-144 at different heating temperatures
3 结论

综上, 5F-UR-144随气相进样口及柱温度的升高会发生分解开环甚至碳化, 气质不适宜用于定量。在使用气质定性中最好能使用短柱, 调大载气流速, 调低进样口温度, 加大柱温升温速率等条件, 以防止5F-UR-144过度分解。

另外, 通过不同途径吸食5F-UR-144, 进入血液循环的物质是不同的：

1）通过静脉注射方式、鼻直接吸食, 进入血液循环的物质应只有5F-UR-144。

2）通过烫吸的方式吸食, 进入血液循环的物质为5F-UR-144及其分解产物, 且分解产物占比较高, 只会有微量原体存在。

补充材料

与本文相关的补充数据见：http://www.xsjs-cifs.com/CN/abstract/abstract6896.shtml。

参考文献
[1] United Nations Official on Drugs and Crime. The challenge of new psychoactive substances: a report from the Global SMART Programme[R]. Vienna: United Nations Office on Drugs and Crime, 2013. [本文引用:1]
[2] 花镇东, 贾薇. 新精神活性物质分析手册[M]. 北京: 中国人民公安大学出版社, 2013.
(HUA Zhendong, JIA Wei. Manual for analysis of new psychoactive substances [M]. Beijing: Chinese People’s Public Security University Press, 2013. ) [本文引用:1]
[3] 张婷婷, 刘翠梅, 钱振华, 等. 新型合成大麻素类物质鉴定分析[J]. 警察技术, 2017(6): 87-90.
(ZHANG Tingting, LIU Cuimei, QIAN Zhenhua, et al. Identification and analysis of new-type synthetic cannabinoid substance[J]. Police Technology, 2017(6): 87-90. ) [本文引用:1]
[4] 国家食品药品监督管理总局, 中华人民共和国公安部, 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员. 精神药品品种目录[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2013.
(China Food and Drug Administration, Ministry of Public Security of the People’s Republic of China, National Health and Family Planning Commission of the People’s Republic of China. Catalogue of psychotropic drugs [M]. Beijing: People’s Medical Publishing House, 2013. ) [本文引用:1]
[5] 中华人民共和国公安部, 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员, 国家食品药品监督管理总局. 非药用类麻醉药品和精神药品管制品种增补目录[M]. 北京: 人民卫生出版社, 2015.
(Ministry of Public Security of the People’s Republic of China, National Health and Family Planning Commission of the People’s Republic of China, China Food and Drug Administration. Supplementary catalogue of non-officinal narcotics and controlled psychic drugs [M]. Beijing: People’s Medical Publishing House, 2015. ) [本文引用:1]
[6] WEAVER M F, HOPPER J A, GUNDERSON E W. Designer drugs 2015: assessment and management[J]. Addiction Science and Clinical Practice. 2015, 10(8): 1-9. [本文引用:1]
[7] 王学虎, 胡浩男, 蒋国军, 等. 利用高分辨液质联用仪检测新型合成大麻素[J]. 刑事技术, 2020, 45(2): 165-168.
(WANG Xuehu, HU Haonan, JIANG Guojun, et al. Identification of AMB-FUBINACA with the indicative clue from GC-MS database and results of LC-Q-TOF-MS[J]. Forensic Science and Technology, 2020, 45(2): 165-168. ) [本文引用:1]