利用气相色谱-质谱联用技术分析大麻二酚和Δ9-四氢大麻酚的紫外线诱导光化学转化

《Microchemical Journal》：UV-induced photochemical transformation of cannabidiol and Δ9-tetrahydrocannabinol using GC-MS profiling

　　## 摘要• 紫外线照射不会使酸性大麻素脱羧，从而将光化学降解与热化学途径区分开来。• CBD（大麻二酚）发生光诱导的环化和重排反应，而Δ?-THC异构化为Δ?-THC，随后氧化为CBN。• 极性质子溶剂（MeOH、EtOH）加速光降解，增大速率常数并缩短半衰期。• 溶剂特异性的甲氧基和乙氧基加成物证实了对光生成碳正离子类中间体的亲核捕获。• 采用TMS衍生化的GC–MS方法能够可靠地鉴定结构相似的光转化产物。---## 引言随着大麻衍生物从受控药用领域走向更广泛的食品、饮料、化妆品和药品应用，大麻素的化学稳定性已成为一个关键问题[1, 2, 3]。与常规小分子添加剂不同，大麻素结构不稳定，易受加工、包装、零售展示和储存过程中遇到的环境应力影响[4, 5]。在这些应力因素中，光照暴露——尤其是紫外线（UV）辐射——尤为棘手，因为在后加工处理中难以完全消除，且可能引发复杂的化学反应，这些反应无法仅凭热稳定性或氧化稳定性加以预测。从工业和监管角度来看，当大麻素的非预期化学转化改变其精神活性时，这一问题尤为值得关注。大麻二酚（CBD）不具精神活性，被广泛认为是安全的，是许多工业大麻品种中的主要大麻素，并广泛应用于消费品中[6, 7]。相比之下，Δ?-四氢大麻酚（Δ?-THC）具有精神活性，在大多数司法管辖区受到严格监管限制[8, 9]。因此，即使在储存或运输过程中产生痕量水平的Δ?-THC或相关精神活性大麻素，也可能影响产品合规性和安全性。虽然加工过程中酸性大麻素（例如CBDA转化为CBD）的热脱羧反应已有充分理解并常规控制，但对光驱动的、与热降解机理不同的化学反应途径的了解仍然有限[10, 11]。大麻素的光化学转化与热反应或酸催化反应在化学上存在根本差异[12]。紫外线照射可以产生电子激发态、自由基物种和碳正离子类中间体，导致重排、环化、氧化或溶剂分子加成反应。最近采用波长选择性UVA/UVB照射结合在线电喷雾电离质谱（ESI-MS）的研究为大麻素的波长依赖性光稳定性提供了有价值的见解[13]，而其他研究报告表明大麻素在光照条件下的降解速度比在黑暗中更快，且在紫外线照射下观察到溶剂依赖性结构修饰大麻素的形成[11, 14]。然而，现有报告较为零散，通常局限于单一标准品或特定溶剂体系，很少涉及区分真实光化学产物与分析过程中产生的伪影的分析挑战。因此，大麻素在真实基质中的光化学行为仍缺乏充分定义。另一个复杂因素在于分析方法本身。液相色谱-质谱联用（LC-MS）广泛用于大麻素定量分析，因为它在分析过程中可最小化热应力，但对于结构高度相似的异构体和光化学重排产物往往难以提供有效的结构区分[15, 16, 17]。相比之下，气相色谱-质谱联用（GC–MS），特别是结合三甲基硅烷（TMS）衍生化后，具有优异的色谱分离能力和高度可重复的电子轰击电离（EI）碎片模式，非常适合结构鉴定和基于谱库的鉴定[18, 19]。尽管GC–MS具有这些优势，但在大麻素的光化学研究中其应用却不足，原因是人们担心进样器产生的热伪影和二次转化，这些问题需要通过系统性评估来解决，而非简单回避。鉴于以上背景，迫切需要建立一个集分析与机理于一体的综合框架，该框架应能够（i）区分真实的光化学转化与热效应或分析伪影，（ii）解析紫外线暴露下产生的结构相似的大麻素异构体，（iii）系统评估环境因素（包括溶剂极性和基质组成）如何调节光化学途径。解决这些挑战对于阐明大麻素的基本光化学性质以及确保大麻衍生产品的可靠光稳定性评估和法规合规均至关重要。本研究利用自制光反应器结合经TMS衍生化后的伪影识别型GC–MS分析，建立了UV诱导大麻素光化学的统一机理与分析框架。通过将受控照射实验与单一标准品、大麻提取物和溶剂环境之间的系统比较相结合，我们阐明了光化学与热化学转化途径的根本差异，识别了溶剂和基质依赖的反应机理，并建立了光化学引发与最终光产物分布之间关联的预测模型。本研究不仅提供了机理层面的见解，还为评估光敏感生物活性化合物在真实条件下的稳定性提供了一种稳健的分析策略。---## 各章节片段### 化学品和材料分析级甲醇（MeOH）、乙醇（EtOH）和乙酸乙酯（EA）购自J. T. Baker（美国新泽西州菲利普斯堡）。三甲基硅烷化试剂*N,O*-双（三甲基硅基）-三氟乙酰胺（BSTFA）（含1%三甲基氯硅烷（TMCS），纯度≥99%，不含TMCS）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。认证大麻素标准品包括8种中性大麻素[大麻色烯（CBC）、CBD、大麻二酚原（CBDV）、大麻苄酚（CBG）、大麻酚（CBN）、Δ?-THC、Δ?-THC、以及……### 紫外线诱导的转化与热脱羧在根本上不同酸性大麻素（如CBDA和THCA）的热脱羧是一个已充分建立的过程，通过β-酮酸的CO?消除进行，在高温下由六元环状过渡态促进[21, 22]。为确定紫外线照射是否能诱导类似的脱羧途径，在相同条件下对大麻提取物进行热处理（130 °C，30分钟）或紫外线照射（254 nm，最多60分钟）……### 结论本研究利用GC–MS结合TMS衍生化方法，系统研究了大麻素在紫外线照射下的光化学稳定性和转化行为。结果表明，紫外线诱导的转化与热脱羧途径在根本上不同：酸性大麻素对光解脱羧表现出抗性，而中性大麻素则发生快速且结构多样的光化学反应。全面的……### CRediT作者贡献声明**Eunjeong Kwon：** 撰写——初稿、调查、数据整理。**Seo Jeong Oh：** 调查。**Eun Jae Kim：** 调查。**Won-Young Cho：** 调查。**Ji Eun Lee：** 正式分析。**Byung Hwa Jung：** 正式分析。**Mi Ran Choi：** 概念构思。**Sang-Rae Lee：** 项目管理。**Wonwoong Lee：** 撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、方法论。**Jongki Hong：** 撰写——审阅与编辑、资源、项目管理、概念构思。### 利益冲突声明作者声明不存在已知的可能影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。### 致谢本研究由韩国国家研究基金会（MSIT，RS-2023-00223559）提供资金支持。---Eunjeong Kwon | Seo Jeong Oh | Eun Jae Kim | Won-Young Cho | Ji Eun Lee | Byung Hwa Jung | Mi Ran Choi | Sang-Rae Lee | Wonwoong Lee | Jongki Hong