法科学技術,22(2), (2017) 109 技術報告 GC-MS/MS を用いたカチノン類の包括的検出と構造推定 松田駿太朗 1, 掛橋秀直 1, 中野史保子 1, 志摩典明 1, 鎌田徹 1, 西岡裕 1, 三木昭宏 1, 坂本雄紀 2, 宮川治彦 2, 草野麻衣子 3, 財津桂

―技術報告―

GC－MS/MS を用いたカチノン類の包括的検出と構造推定

松田駿太朗

1

_{，掛橋秀直}

1

_{，中野史保子}

1

_{，志摩典明}

1

_，鎌田

_徹

1

_，

西岡

裕

1

_{，三木昭宏}

1

_{，坂本雄紀}

2

_{，宮川治彦}

2

_{，草野麻衣子}

3

_，

財津

桂

3

_，土橋

_均

3

_{，片木宗弘}

1 1_{大阪府警察本部刑事部科学捜査研究所} 〒5410053 大阪府大阪市中央区本町 1318 2_{株式会社 島津製作所} 〒6048511 京都府京都市中京区西ノ京桑原町 1 3_{名古屋大学大学院医学系研究科法医・生命倫理学} 〒4668550 愛知県名古屋市昭和区鶴舞町65

Comprehensive Analysis and Structural Estimation of Synthetic Cathinones

Using GCMS/MS

Shuntaro Matsuta

1

_{, Hidenao Kakehashi}

1

_{, Shihoko Nakano}

1

_{, Noriaki Shima}

1

_,

Tooru Kamata

1

_{, Hiroshi Nishioka}

1

_{, Akihiro Miki}

1

_{, Yuki Sakamoto}

2

_,

Haruhiko Miyagawa

2

_{, Maiko Kusano}

3

_{, Kei Zaitsu}

3

_{, Hitoshi Tsuchihashi}

3

and Munehiro Katagi

1

1

_{Forensic Science Laboratory, Osaka Prefectural Police H.Q.}

1

3

18, Hommachi, Chuo-ku, Osaka, 541

0053, Japan

2

_{Shimadzu Corporation}

1, Nishinokyo Kuwabara-cho, Nakagyo-ku, Kyoto, 604

8511, Japan

3

_{Department of Legal Medicine and Bioethics, Graduate School of Medicine, Nagoya University}

65, Tsurumaicho, Showa-ku, Nagoya, 466

8550, Japan

(Received 26 May 2016; accepted 24 November 2016;

Published online 10 February 2017 in J

STAGE DOI: 10.3408/jafst.719)

In this study, we describe a rapid gas chromatography-tandem mass

spectro-metry (GCMS/MS) analytical method that allows comprehensive detection and

structural elucidation of synthetic cathinone-type designer drugs. Our proposed

method consists of three simultaneous analytical procedures: 1) selective detection

of the carbonyl group characteristic to each cathinone examined via selected

reac-tion monitoring (SRM); and the determinareac-tion of both 2) iminium careac-tions and 3)

substituted benzoyl cations generated via the

acleavage of their corresponding

amines and ketone moieties via product ion scanning, respectively.

One peak was detected in the SRM chromatogram for all cathinones examined

in procedure 1), as well as the relevant single peaks in the total ion current

chro-Fig. 1 Structure of comprehensive regulated cathinone-type drug.

matograms that resulted from procedures 2) and 3) at the same retention time. SRM

of procedure 1) showed the transition of substituted benzoyl cations to substituted

phenyl cations due to CO elimination, revealing the presence of carbonyl groups

wi-thin the structures. Each product ion spectrum of the substituted benzoyl cation

al-lowed for both determination of which group was substituted on the aromatic ring

and diŠerentiation between corresponding positional isomers for ethyl, methoxy

and methylenedioxy substitution. However, identiˆcation of the substitution

posi-tions for the methyl, bromine and ‰uorine groups on the aromatic ring was di‹cult.

On the other hand, diŠerences between structural isomers in the product ion spectra

of iminium cations were clearly identiˆable, allowing for easy discrimination

be-tween isomers.

Key words: Synthetic cathinone, Designer drug, GCMS/MS, Structural

esti-mation

緒

言

近年，乱用薬物の規制を逃れるため，既存の規制 薬物の化学構造を一部改変させた危険ドラッグの流 通が世界中で大きな社会問題になっている14)_．な かでもカチノン類は，インドール系合成カンナビノ イド類と共に我が国における危険ドラッグ乱用の中 心となっている．カチノン類は，bケトフェネチ ルアミン骨格を有し，覚せい剤のメタンフェタミン と類似の基本構造であることから，メタンフェタミ ンと同様の中枢神経興奮作用を示すことが指摘され ている5,6)_{が，ベンゼン環に結合する官能基の種類} と位置，a 位の炭素に修飾するアルキル基の種類 （いわゆる側鎖），窒素に修飾するアルキル基の種類 の異なるさまざまな新規カチノン類が危険ドラッグ として流通している． 厚生労働省では，当初，これらの薬物を取り締ま るため，薬事法（現 医薬品，医療機器等の品質， 有効性及び安全性の確保等に関する法律，医薬品医 療機器法）の指定薬物として新規化合物を個別に規 制していたが，指定薬物に指定してもすぐに化学構 造を一部改変させた新規危険ドラッグが流通し，そ の対応に苦慮してきた．これを受けて厚生労働省 は，特定の基本骨格を持つ化合物群に対して規定さ れた官能基の種類によって包括的に規制する包括指 定を導入し，2013年 2 月には，（1Hインドール3 イル）（ナフタレン1イル）メタノン骨格（ナフト イルインドール）を持つ合成カンナビノイド類を， また2013年12月には，2アミノ1フェニルプロパ ン1オンを基本骨格とするカチノン類を指定薬物 として規制してきた．しかし，その後も包括指定を 逃れるため，新たな官能基に改変したカチノン類の 流通が続いたことから，2015年 5 月には，包括指定 となるカチノン類の側鎖アルキル鎖長がさらに長い C8にまで拡張され，指定薬物として規制されるカ チノン類が504種類から1,334種類に急増した．その ため，これら多数の指定薬物を迅速かつ包括的に検 出できる分析法の開発が急務となってきた．Fig. 1

に包括規制対象カチノン類の構造を示す． これら危険ドラッグの同定法としては，主として 核磁気共鳴装置（NMR），ガスクロマトグラフ/質 量分析装置（GCMS）あるいは液体クロマトグラ フ/タンデム質量分析装置（LCMS/MS）を利用し た分析法が多数報告されている．NMR は，化合物 の構成原子の水素と炭素の構造上の詳細な情報が得 られ，構造推定に非常に有用であるが，単離精製さ れた数ミリグラム単位の目的化合物が必要であり， 生体試料などの高感度分析には適用が困難である． また，LCMS や LCMS/MS は分子量の確認や生 体試料中の薬物の定量には有用であるが，イオン化 法やフラグメンテーションの方法といったような分 析条件の違いにより得られるマススペクトルの差異 が大きいことから，未知のカチノン類の構造推定に は不向きであると言われている7,8)_{．一方，GCMS} は電子イオン化（EI）により得られるマススペク トル中に構造を反映したイオンが数多く観察できる こと，また機種による EIマススペクトルの差がほ とんどなく，膨大な量のスペクトルデータベースが 利用可能であることから，法科学分野では最も汎用 されてきた． これら危険ドラッグの分析では，標準品を測定し て得られた結果と比較して同定を行うことが不可欠 である．しかし，包括指定対象の危険ドラッグの場 合，標準品はもちろんのこと，分析データさえ存在 しないことがほとんどであり，標準品がなくても検 出された化合物が包括指定に該当するか否かの判定 が可能で，さらには構造推定にも応用可能な分析手 法の確立が強く望まれている． これら危険ドラッグのうち，新規カチノン類の構 造推定には，特にベンゼン環に結合する官能基とそ の位置異性体，側鎖のアルキル基の種類および窒素 に修飾するアルキル基の種類とそれらの構造異性体 を推定することが重要である．汎用されている GC MS で得られるフェネチルアミン類の EIマススペ クトルは，アミンの a 開裂による相対強度の大き いフラグメントイオンが検出されるだけで，構造を 反映したイオンに乏しいと言われている9,10)_．しか し最近，カチノン類の EIマススペクトルについ て，相対強度の小さいフラグメントイオンが芳香環 に結合する官能基の種類やアミンに修飾するアルキ ル基の構造を反映しており，構造推定に役立つこと が報告されている11)_{．また，GCMS/MS を用いた} 正化学イオン化のプロダクトイオンスキャンによ り，芳香環に結合する官能基の位置異性体識別を行 った報告もされている12)_{．特に，GCMS/MS は，} EIでフラグメンテーションしたイオンを選択し て，さらにコリジョンセル内で衝突誘起解離（CID） によりフラグメンテーションさせることが可能であ ることから，より詳細な化学構造解析が可能になる と期待できる． 本研究では，包括指定ではあらかじめ官能基の種 類が決められていることに注目し，GCMS/MS を 用いて，EI により得られた部分構造を反映する特 徴的なフラグメントイオンを CID によりさらに開 裂させ，カチノン類の包括的な検出と，多種多様な カチノン類の官能基の種類推定と位置異性体識別を 簡便に行える構造推定手法について検討を行った．

材料および方法

. 標準品の合成 評価対象のカチノン類は，ベンゼン環に結合する 官能基の種類と位置，側鎖および窒素に修飾するア ルキル基の種類の異なる62種類を選定した．評価対 象の標準品は，既報11)_{を参考に標準品の合成を行} い，塩酸塩として単離精製し NMR で確認した．こ れらの構造を Table 1 に示す． . 試料前処理 合成したカチノン類標準品塩酸塩を水溶液とし， 炭酸緩衝液を添加して pH 約 9 に調整して，酢酸エ チルを加えて振とうした．遠心分離後，酢酸エチル 層を分取し，無水硫酸ナトリウムを用いて脱水し， 最終試料濃度が約 1 mg/mL となるように希釈して GCMS/MS 用の試料とした． . GCMS/MS 分析 GCMS/MS は，島津製作所製トリプル四重極型 ガスクロマトグラフタンデム質量分析計 GCMS TQ8040を用いて以下の条件で測定した． 分析カラムJ&W Agilent 製 DB5ms (0.25 mm i.d.×30 m，膜厚0.25 mm），カラム温度60°C（2 分保持)－(昇温速度＋20°C/分)－320°C（5 分保

Table 1 Functional groups of cathinones examined.

No. Compound Functional groups in Fig. 1

R1(position) R2 R3 R4 1 Methcathinone H H CH3 H 2 NEthylNmethylcathinone H H CH3 CH2CH3 3 Ethcathinone H H CH2CH3 H 4 N,NDiethylcathinone H H CH2CH3 CH2CH3 5 aPPP H H Pyrrolidinyl 6 Buphedrone H CH3 CH3 H 7 NEthylNmethylbuphedone H CH3 CH3 CH2CH3 8 NEthylbuphedrone (NEB) H CH3 CH2CH3 H 9 N,NDiethylbuphedrone H CH3 CH2CH3 CH2CH3 10 aPBP H CH3 Pyrrolidinyl 11 Pentedrone H CH2CH3 CH3 H 12 NEthylNmethylpentedrone H CH2CH3 CH3 CH2CH3 13 NEthylpentedrone H CH2CH3 CH2CH3 H 14 N,NDiethylpentedrone H CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 15 aPVP H CH2CH3 Pyrrolidinyl 16 NDesmethylhexedrone H nPropyl H H 17 Hexedrone H nPropyl CH3 H 18 N,NDimethylhexedrone H nPropyl CH3 CH3

19 aPHP H nPropyl Pyrrolidinyl

20 aPHPP H nButyl Pyrrolidinyl

21 aPOP H nPentyl Pyrrolidinyl

22 aPNP H nHexyl Pyrrolidinyl

23 2Methylmethcathinone CH3(ortho) H CH3 H

24 3Methylmethcathinone CH3(meta) H CH3 H

25 4Methylmethcathinone CH3(para) H CH3 H

26 4Methylethcathinone (4MEC) CH3(para) H CH2CH3 H

27 MPPP(Desethylpyrovalerone) CH3(para) H Pyrrolidinyl

28 4Methylbuphedrone CH3(para) CH3 CH3 H

29 4MethylNethylbuphedrone CH3(para) CH3 CH2CH3 H

30 MPBP CH3( para) CH3 Pyrrolidinyl

31 4Methylpentedrone CH3(para) CH2CH3 CH3 H

32 4EthylNethylpentedrone CH2CH3(para) CH2CH3 CH2CH3 H

33 MPVP CH3(para) CH2CH3 Pyrrolidinyl

34 4Ethylcathinone CH2CH3(para) H H H

35 2Ethylmethcathinone CH2CH3(ortho) H CH3 H

36 3Ethylmethcathinone CH2CH3(meta) H CH3 H

37 4Ethylmethcathinone CH2CH3( para) H CH3 H

38 4EthylN,Ndimethylcathinone CH2CH3(para) H CH3 CH3

39 2Bromomethcathinone Br(ortho) H CH3 H 40 3Bromomethcathinone Br(meta) H CH3 H 41 4Bromomethcathinone Br(para) H CH3 H 42 4Chloromethcathinone Cl(para) H CH3 H 43 2Fluoromethcathinone F(ortho) H CH3 H 44 3Fluoromethcathinone F (meta) H CH3 H 45 4Fluoromethcathinone F(para) H CH3 H

46 4Fluorooctedrone (4FOctedrone) F(para) nPentyl CH3 H

47 4Iodomethcathinone I(para) H CH3 H

48 2Methoxymethcathinone OCH3(ortho) H CH3 H

49 3Methoxymethcathinone OCH3(meta) H CH3 H

50 4Methoxymethcathinone OCH3(para) H CH3 H

51 4Methoxyethcathinone OCH3( para) H CH2CH3 H

52 MOPPP OCH3(para) H Pyrrolidinyl

53 2,3Methylenedioxymethcathinone Methylenedioxy(2,3) H CH3 H

54 Methylone(bkMDMA) Methylenedioxy(3,4) H CH3 H

55 Ethylone(bkMDEA) Methylenedioxy(3,4) H CH2CH3 H

56 MDPPP Methylenedioxy(3,4) H Pyrrolidinyl

57 bkBDB Methylenedioxy(3,4) CH3 H H

58 Butylone (bkMBDB) Methylenedioxy (3,4) CH3 CH3 H

59 3,4MethylenedioxyN,Ndimethylbuphedrone Methylenedioxy(3,4) CH3 CH3 CH3

60 NDesmethylpentylone Methylenedioxy(3,4) CH2CH3 H H

61 Pentylone Methylenedioxy(3,4) CH2CH3 CH3 H

Table 2 Detailed MS conditions of product ion scan and SRM for benzoyl cation.

Precursor

m/z transitionSRM R1 in Fig. 1 energy (eV)Collision

105 105＞77 H 10 119 119＞91 CH3 10 123 123＞95 F 10 133 133＞105 CH2CH3 10 135 135＞107 OCH3 10 139 139＞111 Cl 10 149 149＞121 Methylenedioxy 10 183 183＞155 Br 10 231 231＞203 I 10

Table 3 Detailed MS conditions of product ion scan

for iminium cation. Precursor

m/z Functional groups in Fig. 1 Collision energyR2 R3 R4 (eV)

44 H H H 15 58 H CH3 H ₁₅ CH3 H H 72 H CH3 CH3 15 H CH2CH3 H CH3 CH3 H CH2CH3 H H 86 H CH2CH3 CH3 15 CH3 CH3 CH3 CH3 CH2CH3 H CH2CH3 CH3 H nPropyl H H 98 H Pyrrolidinyl 15 100 H CH2CH3 CH2CH3 15 CH3 CH2CH3 CH3 CH2CH3 CH3 CH3 CH2CH3 CH2CH3 H nPropyl CH3 H nButyl H H 112 CH3 Pyrrolidinyl 15 114 CH3 CH2CH3 CH2CH3 15 CH2CH3 CH2CH3 CH3 nPropyl CH3 CH3 nPropyl CH2CH3 H nButyl CH3 H nPentyl H H 126 CH2CH3 Pyrrolidinyl 15 128 CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 15 nPropyl CH2CH3 CH3 nButyl CH3 CH3 nButyl CH2CH3 H nPentyl CH3 H nHexyl H H 140 nPropyl Pyrrolidinyl 15 142 nPropyl CH2CH3 CH2CH3 15 nButyl CH2CH3 CH3 nPentyl CH3 CH3 nPentyl CH2CH3 H nHexyl CH3 H nHeptyl H H 154 nButyl Pyrrolidinyl 15 156 nButyl CH2CH3 CH2CH3 15 nPentyl CH2CH3 CH3 nHexyl CH3 CH3 nHexyl CH2CH3 H nHeptyl CH3 H 168 nPentyl Pyrrolidinyl 15 170 nPentyl CH2CH3 CH2CH3 15 nHexyl CH2CH3 CH3 nHeptyl CH3 CH3 nHeptyl CH2CH3 H 182 nHexyl Pyrrolidinyl 15 184 nHexyl CH2CH3 CH2CH3 ₁₅ nHeptyl CH2CH3 CH3 196 nHeptyl Pyrrolidinyl 15 198 nHeptyl CH2CH3 CH2CH3 15 持），キャリアガスヘリウム，キャリアガス制 御線速度一定（45.6 cm/秒），試料注入法スプ リ ッ ト レ ス ， 試 料 注 入 量  1 mL ， 注 入 口 温 度  260°C，イオン化法EI 法，イオン化エネルギー 70 eV，インターフェイス温度280°C，イオン源温 度200°C，CID ガスアルゴン（200 kPa），スキ ャン範囲m/z 43500． 分析モードは，EIスキャンに加えて，1)～3） の 3 種類の MS/MS 測定を組み合わせたスキャン／ プロダクトイオンスキャン／選択反応モニタリング （SRM）同時測定を用いた． 1) ベンゾイル＞フェニルの組み合わせにおいてベ ンゼン環への包括指定で規定された 9 種類の官能 基の修飾を考慮した SRM 2) 包括指定で規定された官能基を持つアミンの a 開裂で生じる m/z の異なる20種類のイミニウム カチオンをプリカーサイオンとするプロダクトイ オンスキャン 3) 包括指定で規定された官能基を持つベンゾイル 基の a 開裂で生じる m/z の異なる 9 種類のベン ゾイルカチオンをプリカーサイオンとするプロダ クトイオンスキャン また，ベンゾイルカチオンをプリカーサイオンと した SRM およびプロダクトイオンスキャンの詳細 な MS/MS 条件を Table 2 に示し，イミニウムカチ オンをプリカーサイオンとしたプロダクトイオンス キャンの詳細な MS/MS 条件を Table 3 にそれぞれ 示す．また，これらの測定で得られたプロダクトイ

オンスペクトルについてデータベースを作成した．

結果および考察

. SRMによるベンゾイル骨格の識別 カチノン類の EIマススペクトルでは，カルボニ ル基の a 開裂で生じるベンゾイルカチオンとさら に CO 分子が脱離したイオンが観察されることが知 られているが，アミンの a 開裂に起因するイミニ ウムカチオンに比べてその強度は非常に小さい．し かし，b位カルボニル基の存在の有無はカチノン類 とフェネチルアミン類を識別するうえで非常に重要 である13)_{．そこで，ベンゾイルカチオンをプリカー} サとして選択し，CID によりそこから CO 分子が 脱離する反応を，SRM によりモニターすること で，カルボニル基を有するカチノン類を選択的に検 出することを試みた．カチノン類の包括指定では， ベンゼン環に結合する異なる 9 種類の官能基が規定 されており，これらの官能基が修飾された「ベンゾ イル＞フェニル」の組み合わせに相当する 9 種類の SRMトランジションを設定した． CID のコリジョンエネルギー（CE）について， 上記で設定した全ての SRM トランジションのう ち，できるだけ多くの SRM で最も高感度となる値 を 検 討 し ， 全 て の SRM の CE を 10 eV に 設 定 し た．また，検討した62種類のカチノン類すべてで， 「ベンゾイル＞フェニル」の組み合わせに相当する SRMクロマトグラム上にピークが確認された．カ チノン類の確認には，EIマススペクトルでは，カ ルボニル基の a 開裂で生じるベンゾイルカチオン とさらに CO 分子が脱離したイオンの 2 種類のイオ ンの存在を確認する必要があるが，これらのイオン の相対強度は非常に小さいため，マススペクトル解 析に時間と経験を要する．また，生体試料あるいは 特に濃度が低い試料では，バックグラウンドノイズ に埋もれる場合もあり，別のカチノン系化合物と誤 認する，あるいはカチノン類にあたるか否かの判断 を誤るリスクも高まってくる．SRM では，ベンゾ イルカチオンからの CO の脱離を選択的にモニター し，その反応に起因する 2 種類のイオンの存在を SRMクロマトグラムのピークの有無で確認できる ため，容易にカチノン類の特徴であるベンゾイル骨 格の識別が可能であった．また，設定した SRM ト ランジションはベンゼン環に結合する官能基に対応 しているため，検出されたピークの SRM トランジ ションからベンゼン環に結合する官能基の種類を識 別することが可能である． . ベンゾイル基の a 開裂で生じるイオンのプロ ダクトイオンスキャン 医薬品医療機器法におけるカチノン類の包括規制 では，ベンゼン環に結合する官能基として Table 2 に記載したような 9 種類の官能基とそれらの各位置 異性体が規定されている．前項 1. の SRM により カチノン類である可能性が示唆された場合，さらに 芳香環の構造を特定することは構造推定を行ううえ で非常に重要となる．そこで，芳香環に結合する官 能基の種類だけでなくその結合位置の特定も併せて 可能かどうか検討した．検討対象化合物として，メ トカチノン基本骨格に加えて，芳香環に結合する官 能基としてメチル基，エチル基，メトキシ基，メチ レンジオキシ基，ブロモ基およびフルオロ基を有す るカチノン類を選定した．なお，各化合物の構造異 性体として o，mおよび p位置換体ならびにメチ レンジオキシ基については2,3および3,4位置換体 を選定した． 各化合物について，ベンゾイルカチオンをプリ カーサとし，CID における CE を変化させ，プロ ダクトイオンスペクトルを測定した．その結果，ベ ンゼン環にメチル基やエチル基が結合している場 合，CE を高くすると，ベンゾイルカチオンの CO 分子の脱離よりもベンゼン環に結合するメチル基お よびエチル基の脱離が優位となり，芳香環側の構造 を反映するイオン強度が小さくなることから，CE を10 eV に設定した．得られたプロダクトイオンス ペクトルパターンを Table 4 に示す． ベンゼン環にエチル基，メトキシ基，メチレンジ オキシ基が置換した場合，各プロダクトイオンスペ クトルにおいて相対強度が大きい特徴的なイオンが 3 種類以上観察された．また，同じ置換基の場合で も，置換位置の違いにより相対イオン強度比が明確 に異なるほか，置換位置の違いによりそれぞれに特 徴的なプロダクトイオンスペクトルが観察され，位 置異性体の識別が可能であった．

Table 4 Product ion spectra for benzoyl cation. Precursor

m/z R1 in Fig. 1 Position Examined cathinone Relative intensity of product ion spectra(more than 5.0)

105 H ― Methcathinone 77(100.0), 105 (14.8) 119 CH3 ortho 2Methylmethcathinone 91 (100.0), 119 (12.6) meta 3Methylmethcathinone 91(100.0), 119 (18.8) para 4Methylmethcathinone 91 (100.0), 119 (21.2) 123 F ortho 2Fluoromethcathinone 95(100.0), 123 (45.3) meta 3Fluoromethcathinone 95(100.0), 123 (20.3) para 4Fluoromethcathinone 95 (100.0), 103 (10.5), 123 (39.8) 133 CH2CH3 ortho 2Ethylmethcathinone 55(25.4), 77 (11.8), 79 (27.6), 91(19.5), 103 (18.1), 105 (100.0), 115 (19.7), 133 (43.4) meta 3Ethylmethcathinone 77 (10.5), 79 (46.4), 103 (24.1), 105 (100.0), 133 (29.5) para 4Ethylmethcathinone 77 (14.2), 79 (64.3), 103 (27.9), 105 (100.0), 133 (63.5) 135 OCH3 ortho 2Methoxymethcathinone 77(100.0), 79 (15.7), 92 (9.5), 105 (5.3), 120 (5.8), 135 (44.5) meta 3Methoxymethcathinone 77 (59.5), 79 (9.6), 92 (11.4), 105 (5.5), 107 (100.0), 135 (24.4) para 4Methoxymethcathinone 77(100.0), 79 (11.9), 92 (17.7), 107 (55.6), 135 (64.6) 149 Methylenedioxy 2,3 2,3Methylenedioxymethcathinone 65 (100.0), 121 (22.3), 149 (58.4) 3,4 Methylone(bkMDMA) 65(40.5), 121 (100.0), 149 (58.1) 183 Br ortho 2Bromomethcathinone 155 (100.0), 183 (50.5) meta 3Bromomethcathinone 104(5.9), 155 (100.0), 183 (34.5) para 4Bromomethcathinone 155 (100.0), 183 (91.0) 一方，ベンゼン環にメチル基，ブロモ基，フルオ ロ基が置換した場合，各プロダクトイオンスペクト ルにおいて各プリカーサイオン，およびプリカーサ イオンから CO 分子が脱離したイオンの 2 種類の み，もしくはそれに加えて比較的強度の小さいイオ ンが観察された．しかし，各プリカーサイオン，お よびプリカーサイオンから CO 分子が脱離したイオ ンについては位置異性体間でそれらイオンの相対強 度比にはほとんど差異はみられなかった．また，そ のほかのイオンが検出されても比較的強度の小さい イオンであることから，バックグラウンドノイズの 影響を大きく受ける危険性があり再現性に疑問が残 る結果となった．そのため，メチル基，ブロモ基， フルオロ基については，置換基の種類は特定できる ものの位置異性体の識別は困難であった． . アミンの a 開裂で生じるイオンのプロダクト イオンスキャン カチノン類の EIマススペクトルでは，アミンの a 開裂に由来するイミニウムカチオンが非常に大き い強度で検出されることが知られている．一方，a 開裂で生じるイミニウムカチオンを形成するアミン 骨格は多くの構造異性体を有するが，EIマススペ クトルのみではアミン骨格の構造異性体の識別が困 難である．そこで，アミンの a 開裂で生じたイミ ニウムカチオンをさらに CID により開裂させ，得 られるプロダクトイオンスペクトルから，アミン骨

格の同定を試みた． CIDでは，得られるプロダクトイオンスペクト ルは，CE に大きく依存する．そこで構造異性体の 識別が可能な最適 CE を検討した．その結果，プロ ダクトイオンスペクトルにおいて，アミン構造の違 いを反映するプロダクトイオンが比較的大きい強度 で観察される15 eV が最適であった． アミンの a 開裂で生じるイミニウムカチオンを プリカーサイオンとしたプロダクトイオンスペクト ルのパターンを Table 5 に示す．また，代表的な例 として，アミンの a 開裂によって生じるイミニウ ムカチオン（m/z 72）をプリカーサイオンとした プロダクトイオンスキャンで検出されるカチノン類 のプロダクトイオンスキャンスペクトルを Fig. 2 に示す． アミンの a 開裂によって生じるイミニウムカチ オンをプリカーサとしたプロダクトイオンスペクト ルでは，同じ m/z のプリカーサイオンを選択した 場合でも，アミンの級数と窒素原子に結合するアル キル基の種類によって，ベースピークの m/z が異 なるなど，スペクトルパターンが明確に異なり，構 造異性体の識別も比較的容易であった． . 本手法を用いた包括検出と構造推定 上記 1.～3. の 3 種類の MS/MS 測定を組み合わ せることにより，カチノン類の包括検出と検出され たカチノン類の構造推定が理論上可能となる．すな わち，包括指定されたカチノン類が検出された場 合，3 種類の MS/MS 測定からそれぞれ得られたク ロマトグラムのピークが同一保持時間で検出され る．SRM クロマトグラムのピークが検出されたト ランジションから，カチノン類に特徴的なカルボニ ル骨格を有することおよびベンゼン環に結合する官 能基が 9 種類のうちのどの官能基に相当するかが推 定される．また，ベンゾイル基の a 開裂で生じる イオンのプロダクトイオンスキャンの結果から，ク ロマトグラム上にピークが検出されると同時に，得 られたプロダクトイオンスペクトルをあらかじめ登 録したデータベースで自動検索することにより，ベ ンゼン環に結合する官能基が特定される．この際， 官能基の種類によっては環上の置換位置の特定も可 能である．さらに，アミンの a 開裂で生じるイミ ニウムカチオンをプリカーサとしたプロダクトイオ ンスキャンの結果から，トータルイオンカレントク ロマトグラムが得られると同時に，検出されたプリ カーサイオンから得られたプロダクトイオンスペク トルを，データベースで自動検索することにより， アミン骨格の同定が可能となる．得られたこれらの 結果を組み合わせることで分析対象となった化合物 が，包括規制に該当するカチノン類か否かの判定， さらには該当する場合はそのカチノン類の構造決定 も可能となる． . 本手法と従来法の比較 従来の GCMS 法では保持時間が非常に近接， さらに EIマススペクトルでの識別が困難な構造異 性体の組み合わせとして，NEthylpentylone（R1 ＝ 3,4Methylenedioxy, R2 ＝ CH2CH3， R3 ＝ CH2CH3， R4 ＝ H ） お よ び N n Propylbutylone （ R1 ＝ 3,4Methylenedioxy, R2 ＝ CH3， R3 ＝ CH2CH2CH3，R4＝H，包括指定対象外かつ未規 制 ）が 挙 げら れ る． これ ら の標 準品 を 合成 し， NMRで予め確認を行ったうえで，従来の GCMS 法および本法で分析を行った． 従来法を用いて得られた EIマススペクトルを Fig. 3に示す．これらの化合物の EIマススペクト ルは，いずれもアミンの a 開裂による m/z 100 の イミニウムカチオンが非常に大きい強度で検出さ れ，ベースピークとなっている．また，強度が多少 異なるものの比較的強度の大きなフラグメントイオ ンとして，いずれも m/z 58 のイオンが検出され る．これは，フラグメンテーションの機構が異なる ものの，共に m/z 100のイミニウムカチオンからオ レフィン脱離11)_{により生成したフラグメントイオン} で あり， NEthylpentylone では 側鎖 から， Nn Propylbutyloneではアミンに修飾するアルキル基か らプロペンが脱離し生成したものと考えられる．さ らにカルボニル基の a 開裂による m/z 149およびそ れから CO 分子の脱離11)_{した m/z 121のイオンが共} に観察される．しかし，これらのフラグメントイオ ンは NEthylpentylone および NnPropylbutylone でいずれも共通に観察されるフラグメントイオンで あり，カチノン類の構造をある程度絞り込むには有 用なイオンではあるものの，両者を識別するための

Table 5 Product ion spectra for iminium cation. Precursor

m/z

Functional groups in Fig. 1

Examined cathinone Relative intensity of product ion spectra (more than 5.0) R2 R3 R4 44 H H H 4Ethylcathinone 27(15.2), 29 (17.6), 44 (100.0), 42(6.3), 43 (5.9) 58 H CH3 H Methcathinone 28(20.6), 29 (9.9), 30 (41.0), 42 (23.7), 43(46.2), 44 (7.5), 56 (14.1), 58 (100.0) CH3 H H bkBDB 30(24.8), 39 (5.3), 41 (47.9), 42 (10.9), 43(100.0), 58 (32.7) 72 H CH3 CH3 4Ethyl N,Ndimethylcathinone 29(7.4), 42 (89.3), 44 (45.1), 56 (16.0), 57 (31.0), 70 (22.8), 72 (100.0) H CH2CH3 H Ethcathinone 27(5.2), 29 (43.3), 44 (100.0), 72 (22.0) CH3 H CH3 4Methylbuphedrone 29(6.3), 30 (8.4), 41 (11.6), 44 (14.8), 56(21.3), 57 (100.0), 72 (36.2) CH2CH3 H H NDesmethylpentylone 29(17.6), 30 (100.0), 43 (11.0), 72 (9.4) 86 H CH2CH3 CH3 NEthylmethylcathinone 29(36.2), 30 (31.6), 43 (10.8), 56(11.3), 58 (100.0), 86 (34.0) CH3 CH3 CH3 3,4Methylenedioxy N,Ndimethylbuphedrone 43(15.5), 44 (7.2), 56 (51.7), 70 (6.2), 71(100.0), 84 (5.1), 86 (48.7) CH3 CH2CH3 H NEthylbuphedrone (NEB) 29(70.3), 30 (46.1), 41 (100.0), 43 (18.3), 58 (88.9), 86 (52.6) CH2CH3 CH3 H Pentedrone 44 (100.0), 55 (5.7), 56 (7.9), 57 (55.6), 86(14.7) nPropyl H H NDesmethylhexedrone 30(100.0), 41 (30.4), 43 (33.8), 44(7.0), 69 (6.3), 86 (6.9) 98 H Pyrrolidinyl aPPP 29(8.9), 30 (5.1), 41 (7.6), 44 (10.2), 55(41.5), 56 (100.0), 69 (7.8), 98 (84.4) 100 CH2CH3 CH2CH3 H NEthylpentedrone 29(35.3), 30 (95.5), 44 (9.3), 55 (14.8), 56(14.1), 58 (100.0), 71 (8.9), 72 (7.3), 100 (38.9) CH2CH3 CH3 CH3 N,NDimethylpentylone 43 (10.1), 56 (30.1), 58 (66.2), 70 (5.8), 71(100.0), 72 (7.9), 100 (37.0) CH3 CH2CH3 CH3 NEthyl Nmethylbuphedone 29(38.7), 30 (25.9), 41 (21.5), 42 (6.5), 44(31.8), 56 (5.3), 57 (81.8), 58 (5.8), 70(14.6), 72 (100.0), 85 (6.8), 100(70.0) H CH2CH3 CH2CH3 N,NDiethylcathinone 29(25.1), 44 (100.0), 72 (30.8), 100 (29.8) nPropyl CH3 H Hexedrone 41(16.5), 43 (26.7), 44 (100.0), 57(18.3), 58 (12.6), 100 (15.2) 112 CH3 Pyrrolidinyl aPBP 29(5.1), 30 (7.1), 41 (19.0), 42 (37.1), 43(9.5), 55 (54.6), 58 (8.2), 69 (10.1), 70(53.8), 97 (12.6), 110 (15.0), 112 (100.0)

Table 5 Product ion spectra for iminium cation (Continue). Precursor

m/z

Functional groups in Fig. 1

Examined cathinone Relative intensity of product ion spectra (more than 5.0) R2 R3 R4 114 CH3 CH2CH3 CH2CH3 N,NDiethylbuphedrone 29(32.8), 30 (20.7), 41 (52.2), 43 (5.1), 44(12.7), 56 (10.4), 58 (100.0), 71(5.1), 72 (5.4), 84 (5.0), 86 (57.8), 114(70.0) CH2CH3 CH2CH3 CH3 NEthyl Nmethylpentedrone 29(15.0), 42 (16.4), 44 (100.0), 55 (10.4), 56 (6.7), 57 (73.2), 58 (17.6), 70(44.5), 72 (57.5), 85 (50.9), 86(18.9), 114 (74.5) nPropyl CH₃ CH₃ N,NDimethylhexedrone 41(8.3), 43 (20.6), 56 (19.6), 57 (5.2), 58(100.0), 70 (7.2), 71 (87.6), 72 (21.9), 114 (43.9) 126 CH2CH3 Pyrrolidinyl aPVP 30 (6.1), 42 (26.3), 55 (31.2), 56 (9.0), 69(33.2), 70 (6.6), 84 (46.2), 96 (12.7), 97(54.7), 98 (8.8), 124 (10.4), 126(100.0) 128 CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 N,NDiethylpentedrone 29(18.0), 30 (39.5), 44 (12.1), 55(12.8), 56 (41.4), 58 (93.0), 70 (16.7), 71 (47.9), 72 (16.4), 84(14.4), 86 (38.3), 99 (20.2), 100(27.3), 128 (100.0) nPentyl CH3 H 4FOctedorone 43(42.8), 44 (100.0), 55 (23.8), 58(11.8), 128 (20.3)

140 nPropyl Pyrrolidinyl aPHP

41(8.5), 42 (12.7), 55 (10.7), 56 (8.7), 69(35.5), 84 (58.8), 96 (12.3),

97 (49.7), 98 (15.1), 138 (9.0), 140(100.0)

154 nButyl Pyrrolidinyl aPHPP

42(8.7), 55 (24.7), 56 (8.1), 69 (17.1), 84(68.1), 96 (10.3), 97 (39.5),

98(15.2), 152 (6.7), 154 (100.0)

168 nPentyl Pyrrolidinyl aPOP

42(6.4), 43 (11.7), 55 (22.2), 56 (7.0), 69(11.3), 84 (70.8), 96 (8.4), 97 (30.5), 98 (17.2), 166 (5.1), 168 (100.0)

182 nHexyl Pyrrolidinyl aPNP

42(6.2), 43 (13.2), 55 (9.4), 69 (20.4), 84(66.8), 96 (6.7), 97 (22.9), 98 (15.1), 182(100.0) 指標とはならない．これに対して，EIマススペク トル上で両者を識別する際に決め手となるイオンと しては NEthylpentylone で検出される m/z 206の フラグメントイオン，NnPropylbutylone で検出 される m/z 220のフラグメントイオンが挙げられ る．なお，これらのイオンはアミンの a開裂が側 鎖側で起こったものと考えられている11)_{．しかしな} がら，このイオンは両者を確実に識別するうえで特 に重要なイオンであるものの，非常に強度が小さ く，特に低濃度の場合や生体試料ではバックグラウ ンドノイズの影響を大きく受ける恐れがある． 一方，本法を用いた場合の分析結果を，Fig. 4 に 示す．それぞれ 3 種類の MS/MS 測定のクロマト グラムにおいて同一保持時間にピークが検出され， SRMクロマトグラム（Fig. 4(A））のピークのトラ ンジション（m/z 149＞121）からカチノン類に特

Fig. 2 Product ion spectra for iminium cations (m/z 72).

Fig. 3 EI-mass spectra for (1) Nethylpentylone

and(2) Nnpropylbutylone. 徴的なカルボニル骨格を有することおよびベンゼン 環に結合する官能基がメチレンジオキシ基であるこ とが推定された．また，ベンゾイルカチオン（m/z 149）をプリカーサイオンとしたプロダクトイオン スキャンの結果，トータルイオンカレントクロマト グラム上にピークが検出され，このピークにおける プロダクトイオンスペクトル（Fig. 4(B））をデー タベースで自動検索することにより，3,4位にメチ レンジオキシ基がベンゼン環に結合していることが 確 認 さ れ た ． さ ら に ， ア ミ ン の a 開 裂 で 生 じ る m/z 100のイオンのプロダクトイオンスキャンの結 果，トータルイオンカレントクロマトグラム上に ピークが検出され，このピークにおけるプロダクト イオンスペクトル（Fig. 4(C））をデータベースで 検索することにより，NEthylpentylone のアミン および側鎖の構造が正しく判定できていることが確 認された．なお，NnPropylbutylone については 今回データベースに登録したアミンおよび側鎖の組 み合わせの構造に該当しないためヒットしなかっ た．このことから，データベースに未登録の構造を 持つ化合物について，登録された構造として誤判定 しないことが確認された．このような医薬品医療機 器法で包括指定されている構造以外の化合物を分析 しプロダクトイオンスペクトルを登録していくこと で，データベースが拡充され分析対象化合物のさら なる拡張が期待される．

結

語

GCMS/MS の SRM とプロダクトイオンスキャ ン法を用いたカチノン類の包括検出と構造推定手法 について検討を行った．EI 法で生じる a 開裂した イミニウムカチオンおよびベンゾイルカチオンをプ リカーサイオンとしたプロダクトイオンスキャンな らびにベンゾイル骨格の識別のための SRM を組み

Fig. 4 Structural estimation using the developed method in this study for (1)Nethylpentylone and (2)Nn

propylbutylone.(A), SRM chromatogram (m/z 149＞121) and total ion current chromatograms in product

ion scan for benzoyl cation and iminium cation; (B), product ion spectrum of benzoyl cation at m/z 149;

(C), product ion spectrum of iminium cation at m/z 100.

合わせた分析モードで測定することにより，すべて のカチノン類で，包括指定に該当するカチノン類を 網羅的に検出することが可能であった． アミンの a 開裂で生じるイミニウムカチオンを プリカーサイオンとしたプロダクトイオンスペクト ルは，ベースピークおよび各フラグメントイオンの 相対強度比は構造異性体間で明確な差異が認めら れ，GCMS では識別困難な構造異性体の識別が可 能であった．ベンゾイル基の a 開裂で生じるベン ゾイルカチオンをプリカーサイオンとしたプロダク トイオンスキャンでは，一部の官能基の位置異性体 については識別が困難であったが，エチル基，メト

キシ基，メチレンジオキシ基の位置異性体は識別が 可能であった． GCMS/MS では，EI 法によって開裂したイオ ンを任意で選択して，CID によりさらに開裂させ ることができるため，カチノン類の主要骨格をアミ ンとベンゾイルのように 2 つの部分構造に分けて， それぞれ独立して解析を行い，構造推定を行うこと ができる．本手法では，包括指定で規制されるカチ ノン類を56種のイミニウムカチオンおよび24種のベ ンゾイルカチオンで表現することが出来るため，あ らかじめ合計80種類のプロダクトイオンスペクトル をデータベースとして登録しておけば，従来の個別 対象成分ごとに EIスキャンのマススペクトルを採 取する方法よりも標準品や測定に必要な労力を大幅 に減らすことができる． 近年，ベンゾイル基の代わりにチエニル基が修飾 した aPVT などの新規のカチノン類が出回ってお り，今後も包括規制の対象外の官能基が修飾された カチノン類の流通が予測される．これらの部分構造 を反映した SRM トランジションやプロダクトイオ ンスキャンスペクトル情報を蓄積することにより， 派生する新規カチノン類の構造推定に大いに役立つ と期待される．

文

献

1) Kelly J. P., Cathinone derivatives: A review of

their chemistry, pharmacology and toxicology.

Drug Test. Anal., 3, 439453, 2011.

2) Coppola M. and Mondola R., Synthetic

cathi-nones: Chemistry, pharmacology and toxicology of a new class of designer drugs of abuse marketed as ``bath salts'' or ``plant food''.Toxicol. Lett.,

211, 144149, 2012.

3) Brandt S. D., Sumnall H. R., Measham F. and

Cole J., Analyses of secondgeneration `legal

highs' in the UK: initial ˆndings. Drug Test.

Anal., 2 (8), 377382, 2010.

4) Spiller H. A., Ryan M. L. and Weston R.G.,

Clinical experience with and analytical conˆrma-tion of ``bath salts'' and ``legal highs''(synthetic

cathinones) in the United States.Clin. Toxicol.,

49, 499505, 2011.

5) Kalix P., Cathinone, an alkaloid from Khat

leaves with an amphetamine-like releasing eŠect.

Psychopharmacology, 74 (3), 269270, 1981.

6) Prosser J. M. and Nelson L. S., The Toxicology

of Bath Salts: A Review of Synthetic Cathinones.

J. Med. Toxicol., 8, 3342, 2012.

7) Sorensen L. K., Determination of cathinones

and related ephedrines in forensic whole-blood samples by liquid-chromatography-electrospray

tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. B,

879, 727736, 2011.

8) Bell C., George C., Kicman A. T. and Traynor

A., Development of a rapid LCMS/MS method

for direct urinalysis of designer drugs.Drug Test.

Anal., 3, 496504, 2011. 9) 井上博之，小栗一太，土橋 均，山田英之， 麻薬試験法，日本薬学会（編）薬毒物試験法と 注解2006 分析・毒性・対処法．pp. 131173， 東京化学同人，東京，2006． 10) 小栗一太，片木宗弘，岸 徹，高山成明， 土橋 均，三木昭宏，覚せい剤試験法，日本薬 学会（編）薬毒物試験法と注解2006 分析・毒 性・対処法．pp. 187213，東京化学同人，東 京，2006． 11) 松田駿太朗，片木宗弘，西岡 裕，鎌田寛 恵，佐々木啓子，志摩典明，鎌田 徹，三木昭 宏 ， 辰 野 道 昭 ， 財 津 桂 ， 坪 井 健 人 ， 土 橋 均，鈴木廣一，EI マススペクトル解析によるカ チノン類の構造推定，日本法科学技術学会誌， 19, 7789, 2014.

12) Folker W. and Thomas J., Ring positional

diŠerentiation of isomeric Nalkylated

‰uorocathinones by gas chromatography/tandem

mass spectrometry. Forensic Sci. Int., 223, 97

105, 2012.

13) Zuba D., Identiˆcation of cathinones and other

active components of `legal highs' by mass

spec-trometric methods. Trends Anal. Chem., 32, 15