引用本文
王树栋, 郑璇, 田仁奎, 张艳, 吴敬杰. 新型毒品依托咪酯及其类似物的识别及特征拉曼光谱分析研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2025,45(8): 2241-2246.
WANG Shu-dong, ZHENG Xuan, TIAN Ren-kui, ZHANG Yan, WU Jing-jie. Identification and Raman Spectroscopy Characteristics Analysis of the New Psychoactive Substances Etomidate and Its Analogs[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2025,45(8): 2241-2246.
Doi:10.3964/j.issn.1000-0593(2025)08-2241-06  
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新型毒品依托咪酯及其类似物的识别及特征拉曼光谱分析研究
王树栋1, 郑璇1, 田仁奎2, 张艳1,*, 吴敬杰1,*
1.贵州警察学院实验中心, 贵州 贵阳 550000
2.贵州省公安厅物证鉴定中心, 贵州 贵阳 550000
*通讯作者 e-mail: wsd@gzpc.edu.cn; zhangyanky@126.com; Wjj972@163.com

作者简介: 王树栋, 1985年生, 贵州警察学院实验中心副教授 e-mail: wsd@gzpc.edu.cn

收稿日期: 2024-10-26 修回日期: 2025-05-14
基金: 国家自然科学基金项目(22177013), 贵州省科技计划项目(黔合科[2023]441)资助
摘要

该研究报道了依托咪酯及其类似物美托咪酯、 丙帕酯和代谢产物依托咪酯酸的拉曼光谱, 并结合量子化学计算对光谱进行了解析。 研究表明, 依托咪酯酸与依托咪酯拉曼光谱有明显差异, 由于结构上的差异, 依托咪酯、 美托咪酯和丙帕酯在691~715、 842~866、 955、 1 351~1 375和1 411~1 453 cm-1附近表现出显著不同的拉曼活性, 是区别三种物质的关键。 研究还比较了依托米酯及其类似物与哌嗪、 芬太尼、 卡西酮等新精活物质的拉曼光谱, 结合PED分析, 确定923、 980、 1 000、 1 030、 1 710和1 360 cm-1附近的拉曼特征峰是识别依托咪酯及其类似物的关键。 最后, 对公安部门缴获的疑似依托咪酯“烟粉”进行检测, 通过拉曼光谱快速确定其含有依托咪酯成分。 研究为依托咪酯及其类似物的快速检测提供了重要参考, 同时系统地分析了依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯和依托咪酯酸的拉曼光谱特征, 使通过拉曼光谱对依托咪酯及其类似物进行区分成为可能。

关键词: 依托咪酯; 新精活物质; 拉曼光谱
中图分类号:O657.37 文献标志码:A
Identification and Raman Spectroscopy Characteristics Analysis of the New Psychoactive Substances Etomidate and Its Analogs
WANG Shu-dong1, ZHENG Xuan1, TIAN Ren-kui2, ZHANG Yan1,*, WU Jing-jie1,*
1. Center of Laboratory, Guizhou Police College, Guiyang 550000, China
2. Physical Evidence Identification Center of Guizhou Provincial Public Security Department, Guiyang 550000, China
*Corresponding authors
Abstract

In this study, we report the Raman spectroscopy of etomidate and its analogs medetomidate, propoxate, and the metabolite etomidate acid, and the spectroscopy was analyzed in conjunction with quantum chemical calculations. The results demonstrate distinct Raman spectroscopy differences between etomidate acid and etomidate, due to structural differences, etomidate, medetomidate and propoxate exhibit significantly different Raman activities in the regions of 691~715, 842~866, 955, 1 351~1 375, and 1 411~1 453 cm-1, which are the key to differentiate the three substances. The investigation further compares the Raman spectroscopy of etomidate and its analogs with those of New Psychoactive Substances(NPS), including piperazine, fentanyl, and cathinone. Potential energy distribution (PED) analysis identifies characteristic Raman peaks near 923, 980, 1 000, 1 030, 1 710, and 1 360 cm-1 are identified as key indicators for recognizing etomidate and its analogs. Finally, the suspected etomidate “smoke powder” seized by the public security department is tested, and its etomidate content is rapidly confirmed through Raman spectroscopy. The study provides an important reference for the rapid detection of etomidate and its analogs, and also systematically analyzes the differential Raman spectroscopy of etomidate, medetomidate, propoxate and etomidate acid, which makes it possible to differentiate etomidate and its analogs by Raman spectroscopy.

Keyword: Etomidate; New Psychoactive Substances; Raman spectroscopy
0. 引言

依托咪酯( etomidate) 又名乙咪酯、 甲苄咪唑, 化学名称1-(α -甲基苯甲基)咪唑-5-甲酸乙酯, 是含有咪唑环的羧化酯类药物, 依托咪酯最早于1965年被合成, 1972年试用于临床。 依托咪酯通过作用于γ -氨基丁酸(γ -aminoutyric acid, GABA)受体发挥麻醉作用, 静注后迅速分布到脑等血流丰富的器官, 具有起效快、 维持时间短、 药理活性高和循环稳定等特点, 是一种重要的静脉麻醉药, 在临床上有重要应用[1]。

近年来, 不法分子将依托咪酯非法添加到“ 烟油” 或“ 烟粉” 中, 这些产品伪装性强, 对使用者尤其是青少年群体危害很大[2]。 2022年6月, 国家禁毒委发布的《2021年中国毒情形势报告》中明确指出, 依托咪酯是目前滥用市场流行的“ 烟粉” 的主要成分, 并将其确定为毒品的替代品[3]。 依托咪酯主要在肝内降解, 经肝或血浆中羧酸酯酶催化, 通过脱烷基化发生水解, 生成无活性的羧酸。 仅有少于2%的依托咪酯以原形排出, 绝大部分代谢为依托咪酯酸。 滥用依托咪酯会对肾上腺皮质功能、 中枢神经系统、 心血管系统、 肝脏功能等造成严重影响[1]。 根据《国家药监局公安部国家卫生健康委关于调整麻醉药品和精神药品目录的公告(2023年第120号)》的要求, 2023年10月1日起依托咪酯被正式列入第二类精神药品目录。 依托咪酯有R, S两种光学异构体, 但R型异构体麻醉作用显著强于S型(图1)。 依托咪酯列管后, 不法分子通过对依托咪酯的取代基团进行改造, 制造出美托咪酯、 丙帕酯等类似物, 这些物质与依托咪酯结构与性质相似, 常单独或与依托咪酯混合出现在“ 烟油” 或“ 烟粉” 中。 在一定的条件下, 这几种物质能够发生酯交换反应实现互相转变, 给打击新型毒品犯罪带来困难。

图1 依托咪酯及其类似物的化学结构Fig.1 Chemical structure of etomidate and its analogs

目前已经报道的对依托咪酯及其同系物的检测主要有液相色谱-质谱(LC-MS)及气相色谱-质谱(GC-MS), 检测对象主要包括依托咪酯和美托咪酯[2, 4, 5, 6]。 色谱-质谱联用检测灵敏度高, 实验条件要求高, 样品处理复杂, 且样品处理和检测过程中极易发生酯交换反应, 影响检测结果。 拉曼光谱法样品处理简单, 测试速度快, 成本低, 可以快速、 准确地识别毒品成分, 近年来在新型毒品的快速检测中得到广泛应用[7, 8, 9, 10, 11]。 本研究使用依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯及依托咪酯酸标准品测定了其拉曼光谱, 结合理论计算对谱峰进行了指认和归属, 并对其拉曼光谱进行了分析, 研究表明利用拉曼特征峰可以对依托咪酯及其类似物进行识别区分。 最后, 对公安部门缴获的疑似依托咪酯“ 烟粉” 进行检测, 通过拉曼光谱快速确定其成分含有依托咪酯。

1 实验部分
1.1 研究材料

依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯和依托咪酯酸标准样品来自上海刑事科学技术研究院, 样品呈粉末状, 纯度98%。 疑似依托咪酯“ 烟粉” 由公安部门缴获。

1.2 仪器及参数

拉曼光谱采用雷尼绍inVia激光显微共聚焦拉曼光谱仪。 主要技术指标: 采集光谱范围200~3 200 cm-1, 激发波长785 nm, 激光最大输出功率100 mW, 积分时间范围为1 ms~20 s。

2 结果与讨论
2.1 几何结构

如图2(a)是依托咪酯的结构, 咪唑环N15与α -甲基苯甲基相连, C4位置与甲酸乙酯相连, 当C4原子相连基团变为甲酸甲酯时, 即为美托咪酯[图2(b)], 当C4原子相连基团变为甲酸丙酯时, 即为丙帕酯[图2(c)], 图2(d)为依托咪酯酸, 在一定情况下依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯可以发生酯交换反应而相互转化。 根据C原子手性, 依托咪酯可以分为左旋异构(R)和右旋异构体(S)。 对于依托咪酯的稳定构象, 采用B3LYP杂化泛函结合6-311++G(d, p)基函数进行优化[12], 在相同水平计算了其拉曼光谱, 所有计算使用Gaussian09程序包完成[13]。 依托咪酯初始结构从PDB晶体结构数据库获得(PDBID: 8f6y)[14]。 如图2(a)是优化得到的依托咪酯异构体的稳定结构, 相同水平计算了其Hessian矩阵, 证明得到的结构是局部极小值。 在B3LYP/6-311++G(d, p)水平的计算表明, 依托咪酯R异构体热力学更稳定(Δ G=2.25 kcal· mol-1), 按照玻尔兹曼分布R异构体占97.8%, 且R-依托咪酯的药效明显强于S-依托咪酯, 因此本文理论计算部分重点研究了依托咪酯R异构体的拉曼光谱。 美托咪酯、 丙帕酯和依托咪酯酸的结构和光谱用相同方法计算得到。

图2 优化得到的依托咪酯(a)、 美托咪酯(b)、 丙帕酯(c)和依托咪酯酸(d)结构Fig.2 The optimized structures of etomidate (a), metomidate (b), propoxate (c), and etomidate acid (d)

2.2 依托咪酯拉曼光谱

如图3(a)是本文实验得到的依托咪酯拉曼光谱, 图3(b)为B3LYP/6-311++G(d, p)水平计算得到的依托咪酯拉曼光谱, 根据文献报道, 用修正因子0.980 8对理论计算结果进行了修正[15]。 可以看到, 实验得到的依托咪酯主要拉曼特征峰有617、 691、 787、 866、 923、 988、 1 004、 1 030、 1 203、 1 351、 1 411、 1 607和1 710 cm-1; 而理论计算得到的依托咪酯主要拉曼特征峰为620、 694、 778、 867、 915、 973、 998、 1 027、 1 190、 1 347、 1 405、 1 613和1 709 cm-1, 理论计算与实验结果吻合较好, 说明采用的计算方法可靠。

图3 (a)依托咪酯实验拉曼光谱; (b)依托咪酯理论计算拉曼光谱
2.3 美托咪酯、 丙帕酯拉曼光谱Fig.3 (a) Experimental Raman spectrum of etomidate; (b) calculated Raman spectrum of etomidate

美托咪酯、 丙帕酯结构与依托咪酯结构性质相似, 常单独或与依托咪酯混合出现在“ 烟油” 或“ 烟粉” 中, 在一定的情况下极易发生酯交换反应而互相转化。 因此, 准确地识别美托咪酯、 丙帕酯并实现与依托咪酯三者间的互相区分具有重要意义。 本部分我们实验测定了美托咪酯、 丙帕酯的拉曼光谱, 得到的结果如图4。 可以看出, 美托咪酯、 丙帕酯与依托咪酯的拉曼光谱表现出很大程度的相似, 特别是在依托咪酯强度最高的特征峰1 004、 1 710和787 cm-1附近, 美托咪酯同样出现1 004、 1 715和783 cm-1拉曼特征峰, 而丙帕酯出现1 001、 1 709和782 cm-1特征峰。 然而, 三种物质仍然表现出不同的拉曼活性, 如美托咪酯在917和955 cm-1均存在明显特征峰, 而依托咪酯和丙帕酯只有在923 cm-1出现特征峰。 此外依托咪酯在691 cm-1出现明显的拉曼特征峰, 而美托咪酯和丙帕酯在700 cm-1附近的特征峰分别为715和712 cm-1; 在850 cm-1附近, 依托咪酯的特征峰为866 cm-1, 而美托咪酯和丙帕酯分别为846和842 cm-1; 在1 350 cm-1附近, 依托咪酯的特征峰为1 351 cm-1, 而美托咪酯和丙帕酯分别为1 362和1 375 cm-1; 在1 400~1 450 cm-1附近, 依托咪酯的特征峰为1 405 cm-1, 而美托咪酯和丙帕酯分别为1 455和1 453 cm-1, 这些重要区别使拉曼光谱区分依托咪酯、 美托咪酯和丙帕酯成为可能。

图4 (a)美托咪酯实验拉曼光谱; (b)丙帕酯实验拉曼光谱Fig.4 (a) Experimental Raman spectrum of metomidate; (b) Experimental Raman spectrum of propoxate

2.4 依托咪酯酸拉曼光谱

依托咪酯主要在肝内降解, 经肝或血浆中羧酸酯酶催化, 通过脱烷基化发生水解, 生成无活性的羧酸, 仅有少于2%的依托咪酯以原形排出, 绝大部分代谢为依托咪酯酸, 因此准确地识别依托咪酯酸对于检测依托咪酯具有重要意义。 如图5是实验得到的依托咪酯酸拉曼光谱。 可以看出, 依托咪酯酸的主要拉曼光谱特征峰分别为446、 622、 677、 772、 818、 996、 1 030、 1 203、 1 280、 1 369、 1 407、 1 484和1 566 cm-1, 依托咪酯酸的拉曼特征峰与依托咪酯明显不同。

图5 依托咪酯酸实验拉曼光谱Fig.5 Experimental Raman spectrum of etomidate acid

2.5 依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯和依托咪酯酸特征拉曼光谱的比较与分析

如图6是依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯和依托咪酯酸的特征拉曼光谱。 从图中可以看出, 依托咪酯酸的拉曼光谱与依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯明显不同, 通过拉曼光谱很容易区分, 而依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯拉曼谱峰非常相似, 因此本部分重点讨论了依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯的特征拉曼光谱。

图6 依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯和依托咪酯酸拉曼光谱对比Fig.6 Comparison of Raman spectra of etomidate, metomidate, propoxate, and etomidate acid

如图6, 依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯主要不同特征峰分别用黄色、 蓝色、 紫色和绿色阴影表示。 通过对比可以看出, 虽然依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯的拉曼光谱非常相似, 但是仍然可以通过关键特征峰区分, 691、 866、 1 351和1 411 cm-1是依托咪酯特有的特征峰, 而715、 955、 1 362和1 455 cm-1是美托咪酯特有的特征峰, 712、 842、 1 375和1 453 cm-1是丙帕酯特有的特征峰。 PED分析表明(表1), 691 cm-1主要来自苯环相邻四个碳碳或碳氢之间的二面角扭曲振动, 不同的是对于美托咪酯和丙帕酯, 由于与苯环相连的C1-N15振动的贡献, 使得其特征峰出现蓝移, 从而分别在715和712 cm-1出现特征峰。 在800~900 cm-1范围内, 依托咪酯在866 cm-1出现强度较大的特征峰, 丙帕酯在842 cm-1 出现强度较大的特征峰, 而美托咪酯在这个区域内没有明显的拉曼特征峰。 PED分析表明, 这一区域的特征峰主要来自C-O的伸缩振动, 不同的是对于依托咪酯, 这一特征峰来自乙氧基O17-C13的伸缩振动; 而对于丙帕酯, 该特征峰来自酯基O18-C9-O17弯曲振动和C9-O17伸缩振动的共同贡献。 而对于美托咪酯, 由于与O17相连的是小基团— — 甲基, 因此甲氧基O-C表现出更强的振动活性, 在955 cm-1出现强的拉曼振动峰, 这是美托咪酯最典型的特征。 三种物质在1 350~1 370 cm-1均表现出强的拉曼特征峰, PED分析表明, 这主要来自咪唑环N=C伸缩振动, 不同的是由于咪唑环相连的C9-C4伸缩振动和异丙基C-C-H弯曲振动的贡献, 导致三种物质出现较为明显的差异, 这体现出三种类似物不同取代基团对其拉曼特征峰的影响, 同样因为取代基团不同而对拉曼特征峰造成更为明显的区域是在1 400~1 500 cm-1。 在该区域, 依托咪酯主要拉曼特征峰为1 411 cm-1, 主要来自于以苯甲基C(C1)为中心键的弯曲和二面角扭曲振动; 而美托咪酯主要拉曼特征为1 455 cm-1, 主要来自于以甲氧基C(C13)为中心的H-C-H弯曲振动; 丙帕酯主要拉曼特征为1 453 cm-1, 主要来自于以异丙基C(C14、 C31)为中心的H-C-C弯曲振动, 且由于是多倍合频, 丙帕酯在该处的特征峰明显比美托咪酯强。

表1 依托咪酯、 美托咪酯和丙帕酯拉曼光谱PED分析(cm-1)a Table 1 Raman spectroscopy PED analysis of etomidate, metomidate, and propoxate (cm-1)a
2.6 依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯等类似物的指认

通过以上分析我们同时可以看出, 对于依托咪酯及其类似物, 普遍在1 000 cm-1附近存在最强拉曼特征峰, 同时在1 000 cm-1周围出现强度较弱但是明显存在的邻峰, 且普遍在980和1 030 cm-1附近。 结合PED分析, 可以确认1 000和1 030 cm-1附近的特征峰来自苯甲基苯环的呼吸振动, 这与其他含有苯环的常见新精活物质相似, 如芬太尼类物质[8, 16]、 卡西酮类物质[17]、 哌嗪类物质[18]等。 次强的特征峰出现在1 710 cm-1附近, 来自于与C=O的伸缩振动, 这同样与含有C=O结构的其他物质非常相似, 如卡西酮类物质[17]、 氯胺酮等[19]。

值得注意的是, 980 cm-1左右的特征峰并未在芬太尼、 卡西酮、 哌嗪类等新精活物质拉曼光谱中出现, PED分析表明, 这一特征峰主要来自甲基苯甲基C-C(C1-C3)的伸缩振动及其与相邻咪唑环的扭曲振动, 因此是依托咪酯及其类似物的独有特征峰。 同样, 在923 cm-1附近依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯均出现强度相近的拉曼特征峰, PED分析表明这一特征峰来自咪唑环C-N-C或N-C-C的弯曲振动, 该特征峰在芬太尼、 卡西酮、 哌嗪等三类物质中也均未出现, 因此这是识别依托咪酯及其类似物咪唑结构的关键。 在1 350~1 370 cm-1区域, 虽然三种物质拉曼特征峰出现差异, 但这一特征峰主要来自咪唑环C=N伸缩振动, 因此也是识别依托咪酯及其类似物咪唑结构的关键。 酯结构是依托咪酯及其类似物区别于其他新精活物质的关键, 我们的研究表明在866、 955和842 cm-1处的拉曼特征峰可以确定其酯结构的存在。

2.7 疑似依托咪酯“ 烟粉” 的检测

基于得到的数据, 测定了疑似依托咪酯“ 烟粉” 的拉曼光谱, 得到的数据如图7和表2。 从图中可以看出, “ 烟粉” 拉曼光谱与依托咪酯拉曼光谱吻合度较高, 特别是关键的特征峰617、 691、 786、 866、 923、 988、 1 004、 1 030、 1 203、 1 351、 1 411、 1 607和1 710 cm-1完全吻合, 说明“ 烟粉” 中含有依托咪酯。

图7 依托咪酯与检材样品拉曼光谱对比Fig.7 Comparison of Raman spectra of etomidate and sample

表2 疑似依托咪酯“ 烟粉” 与依托咪酯标准样品拉曼光谱对比(cm-1) Table 2 Comparison of Raman spectroscopy between suspected etomidate “ smoke powder” and etomidate standard sample (cm-1)
3 结论

依托咪酯是一种非常常见的新型毒品, 对社会有重要危害。 本研究通过实验结合理论计算, 分析了依托咪酯同系物美托咪酯、 丙帕酯及其代谢产物依托咪酯酸的特征拉曼光谱。 研究提出通过拉曼光谱对依托咪酯、 美托咪酯、 丙帕酯及其代谢产物依托咪酯酸进行识别和区分的策略, 并成功地对公安实战部门收缴的“ 烟粉” 进行检测, 研究结果对于快速检测识别依托咪酯及其同系物具有重要意义。

致谢: 感谢贵州省高层次创新型人才项目对本研究的支持。

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