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库马尔,d . g . Ladha p c . Jha n . k .沙, ”Chloro-N理论研究——(4-methoxybenzylidene)苯胺衍生物缓蚀剂对锌在盐酸”,国际期刊的腐蚀, 卷。2013年, 文章的ID819643年, 10 页面, 2013年。 https://doi.org/10.1155/2013/819643
Chloro-N理论研究——(4-methoxybenzylidene)苯胺衍生物缓蚀剂对锌在盐酸
美国库马尔
,1
d . g . Ladha,1
p·c·杰哈,2
和
n . k .沙1
1化学系,古吉拉特邦大学科学学院380009年艾哈迈达巴德,印度古吉拉特邦
2化学科学学院,中央大学古吉拉特邦,部门30日Gandhinagar 382030年,印度古吉拉特邦
文摘
密度泛函理论(DFT)被用来调查三个抑制剂的腐蚀抑制锌。量子化学参数,如最高占据分子轨道的能量(),最低未占据分子轨道的能量(),能源缺口、硬度,柔软亲电性指数,这些碎片的电子转移从缓蚀剂分子与金属表面,两个过程发生时能量变化,即电荷转移的分子和backdonation分子(),自然和福井函数计算了采用B3LYP / 6-31 + G (d)基础集。抑制效率之间的关系和量子化学参数讨论为了阐明的抑制机制chloro-N——(4-methoxybenzylidene)苯胺衍生品。
1。介绍
定量结构活性关系(构象)的主题在许多化学学科浓厚的兴趣。此外,量子化学计算的结果得到了没有实验室测量,从而节约时间和设备和减轻安全和处置问题[1,2]。密度泛函理论(DFT)有潜在的应用程序的设计和开发有机缓蚀剂在腐蚀领域(3]。这些事实让量子计算是非常强大的工具为研究腐蚀抑制机制。锌是一种最重要的有色金属在金属涂层(广泛使用4]。使用锌板屋面材料和镀锌钢的腐蚀研究的一个重要的主题(5]。锌常受到积极的媒体,如酸、基地,和盐的解决方案(6- - - - - -8]。
在酸性的解决方案,具有较高的溶解度和溶解锌锌的形成2 +离子。因为锌的溶解度降低酸性溶液pH值增加,降水的锌(哦)2发生在一个特定的pH值。在碱性溶液pH值,锌的溶度增加而增加,而在高pH值范围内,锌氧化物和氢氧化物倾向于溶解锌酸盐离子的形成。氧化锌是一种常见的腐蚀产品稀释盐的解决方案如氯化钠或Na2所以4与氢氧化锌存在于各种数量较小的组件。与酸锌表面除锈和清洁解决方案,有机抑制剂的使用是最实用的腐蚀防护方法之一,特别是在酸性介质(9- - - - - -13]。这项工作的目的是研究量子化学参数的影响2-Chloro-N——(4-methoxybenzylidene)苯胺(2-CNMBA) 3-chloro-N——(4-methoxybenzylidene)苯胺(3-CNMBA)和4-chloro-N——(4-methoxybenzylidene)苯胺(4-CNMBA)锌腐蚀的抑制效率利用密度泛函理论(DFT)方法。为此,这些化合物的抑制效率之间的关系和量子参数已被调查。福井函数和地方柔软(s)值是利用阐明反应网站获得研究分子。
2。材料和方法
2.1。希夫碱的制备
希夫碱的合成与2-chloroaniline 4-methoxybenzaldehyde凝结,3-chloroaniline, 4-chloroaniline乙醇的存在根据沙等描述的过程。14]。2-CNMBA(沸点:362.4°C,注册号码不可用)是黑红色液体,3-CNMBA(沸点:335.9°C,注册号码:24776-57-6)是褐色液体,和4-CNMBA(熔点:335.9°C,注册号码:15485-22-0)是一种白色结晶固体。这些化合物不溶于水,但溶于乙醇、甲醇、乙酸乙酯、四氢呋喃。这些化合物之前经过测试作为抑制剂Al-Mg合金在盐酸15]。希夫碱的分子结构如图1(一),1 (b),1 (c)。所示的化合物通过红外光谱特征数据2(一个),2 (b),2 (c)。4-CNMBA−−C H拉伸的芳环(3131厘米−1),> C = N -(1648厘米−1),-C-O-C -伸展在芳环(1257厘米−1),在芳环-C-Cl拉伸(766厘米−1C)和3-CNMBA−−H拉伸的芳环(3164厘米−1),> C = N -(1634厘米−1),-C-O-C -伸展在芳环(1240厘米−1在芳环(737厘米)和-C-Cl拉伸−1)。2-CNMBA−−C H拉伸芳环(3120厘米−1),> C = N(1642厘米−1),-C-O-C -伸展在芳环(1263厘米−1在芳环(744厘米)和-C-Cl拉伸−1)。
(一)4-CNMBA
(b) 3-CNMBA
(c) 2-CNMBA
(一)4-CNMBA
(b) 3-CNMBA
(c) 2-CNMBA
2.2。体重的测量
矩形标本电解锌的大小(厚度= 0.139厘米)和一个小洞附近的约2毫米直径的一端标本用于腐蚀速率的测定。标本被磨使用先后“0”“0000”太砂纸。抛光使用珠宝商胭脂,镜面光洁度。标本用乙醇洗净,最后用蒸馏水,然后在室温下干燥。干,重标本暴露在230毫升0.5 HCl溶液包含控制添加各种希夫基地的范围0.0 - -0.5% (w / v)。有一个标本被派热克斯玻璃挂起钩在每个烧杯的测试解决方案,开放的空气°C,同一深度约1.5厘米低于液体的表面。标本浸泡前后的重量决定使用梅特勒balance-M5类型。
抑制效率百分比使用以下公式计算: 在哪里无拘束的酸和减肥的锌是减肥抑制酸锌。
2.3。量子化学计算
所有的量子化学计算与高斯09年项目实施方案(16]。在我们的计算用B3LYP, DFT方法的混合功能,由贝克的三个参数;精确的交换功能B3结合局部梯度修正相关功能的Lee-Yang-Par (LYP)已经使用连同6-31 + G (d)基础集。几何优化过程中完全放松的方法,融合所有的计算证实了没有想象的频率。我们计算的目的是量子化学计算以下指标:最高占据分子轨道的能量,最低未占据分子轨道的能量、能源缺口、硬度,柔软亲电性指数,这些碎片的电子转移从缓蚀剂分子与金属表面,两个过程发生时能量变化,即电荷转移的分子和backdonation分子,这些与实验观察相关联。
电子转移的数量缓蚀剂分子与金属表面的计算根据皮尔森(17,18]所示(2) 在这里和表示的绝对电负性锌和抑制剂分子,分别。和表示的绝对硬度锌和抑制剂分子,分别。电子转移的一部分计算金属锌,锌多晶的实验工作功能(8.126 eV) (19,20.)是用于电负性和全球锌的硬度为零对于大部分锌。电离作用潜力和电子亲和能有关和如下(21,22]: 量绝对电负性和全球的硬度有关电子亲和能吗和电离能如下(23]: 全球疲软被定义为(24] 最近,一个新的全球化学反应参数介绍了和被称为亲电性指数。它被定义为19,25] 这是提出的测量亲电子的分子。当两个分子反应,将作为一个亲电试剂或亲核试剂将取决于哪一个有或高或低亲电性指数。亲电性是衡量全球亲电反应的定量分类的本质一个分子内反应。部分原子电荷和原子福井函数是选择性的良好指标,也就是说,该地区在特定类型的分子的反应可能会发生。福井县的地区的一个分子功能大化学比福井函数很小的地区。通过涉及硬软酸碱(HSAB)原则在当地的意义上,一个可以建立不同站点的行为对硬或软试剂(26]。福井函数计算的有限差分近似从自然人口分析原子的希夫碱: 这里的“”是自然的原子分子,也就是说,电子密度在一个点”“在分子周围空间。“”对应于中性分子中电子的数量。””对应于一个阴离子,添加了一个电子的LUMO中性分子。””对应于一个阳离子,电子从中性分子的HOMO删除。所有的计算都是在基态几何。
反应性相似的原子不同的分子也可以通过计算相比浓缩柔软从福井函数和指数全球疲软通过使用以下表达式(27]: 根据简单的电荷转移模型的捐赠和backdonation指控,戈麦斯等人提出的。28,29日),如果发生两个过程(即电荷转移分子和backdonation分子)的能量变化是直接与硬度成正比(分子如上所示的10)。
3所示。结果和讨论
3.1。体重的测量
添加不同的chloro-N——的影响(4-methoxybenzylidene)苯胺衍生品在不同盐酸浓度的锌腐蚀0.5解决方案研究了体重测量35°C±0.5°C 30分钟后浸泡。IE的值抑制效率(%)从(1)和腐蚀速率从体重测量获得的三个chloro-N——(4-methoxybenzylidene)苯胺衍生品在不同浓度盐酸0.5表中列出1。发现抑制效率抑制剂浓度增加而增加,而腐蚀速率随缓蚀剂浓度。锌腐蚀的抑制可以归因于吸附抑制剂的锌/盐酸溶液界面。希夫碱都是好的抑制剂显示超过99%的抑制效率为0.5% (w / v)浓度。良好性能的化合物缓蚀剂对锌在0.5 M盐酸的解决方案可能是由于的存在> C = N,哟3团体和苯环结构。从表1,很明显,这些希夫碱的抑制效率的顺序如下:4-CNMBA≥3-CNMBA > 2-CNMBA。
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3.2。计算研究
我们已经用DFT方法为了理解如果任何结构上的差异,引起的位置在N -氯苯胺(4-methoxybenzylidene),观察到的差异相关的腐蚀抑制效率。DFT计算和相关性进行三个抑制剂,即2-CNMBA 3-CNMBA, 4-CNMBA。人们普遍认为的价值观表明分子的电子捐赠能力和抑制效率增加而增加价值。高值表明,分子倾向于捐赠电子占据轨道与低能量的金属空轨道(30.]。的增加值有利于吸附,因此腐蚀抑制作用。表明分子接受电子的能力;较低的值,更大的吸附能力和更好的腐蚀抑制可以预期31日]。所有三个希夫碱基的优化结构,即(一)4-CNMBA 3-CNMBA (b)和(c) 2-CNMBA编号方案图中描述3,如下所示。
(一)4-CNMBA
(b) 3-CNMBA
(c) 2-CNMBA
总能量的值在表2显示的稳定分子4-CNMBA > 3-CNMBA≥2-CNMBA。这一趋势是一样的实验。
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的价值4-CNMBA是最高的与实验确定抑制效率和的值支持3-CNMBA。分离的能量,,是一个重要的参数,它是一个函数的反应抑制剂分子吸附在金属表面。作为减少,分子的反应性增加导致增加分子的抑制效率(31日]。的计算表2显示的下降趋势:2-CNMBA (4.2179 eV) > 3-CNMBA (4.1906 eV) > 4-CNMBA (4.1362 eV),遵循相同的抑制试验得到的效率。
计算显示一个明显的相关性的分子的分子和抑制效率。抑制效率随分子面积增加,由于增加了分子和表面之间的接触面积。很明显从表24-CNMBA分子领域最高可能增加其吸附在金属表面,从而增加了抑制效率。全球硬度和全球柔软是重要的特性来测量分子的稳定性和反应性。硬分子有一个很大的能源缺口和软分子有一个小缺口。软分子活性比硬的,因为他们可以很容易地提供电子受体。在腐蚀体系中,抑制剂作为路易斯碱,而金属作为路易斯酸。大部分金属软酸,因此软基抑制剂是最有效的酸性腐蚀抑制这些金属。这也是按照HSAB原则。通常情况下,分子与全球硬度最小值(因此全球疲软的最高价值)预计将抑制效率最高(27]。很明显的计算4-CNMBA硬度最低和最高的柔软遵循相同的趋势,因为实验获得。
亲电性指数,它显示了抑制剂分子接受电子的能力,遵循这一趋势:3-CNMBA (3.766) > 4-CNMBA (3.7123) > 2-CNMBA (3.6152)。3-CNMBA展品亲电性(表的最高价值2),证实了最高接受电子的能力。有这个属性相关性强,抑制效率。
电子转移的数量还计算并列表在表吗2。的表明一个分子的倾向捐赠电子金属表面;因此,抑制效率增加而增加电子捐赠这些抑制剂的金属表面的能力29日),它遵循的顺序3-CNMBA (0.991)≤2-CNMBA (1.008) < 4-CNMBA (1.0172)。结果表明,4-CNMBA价值最高,与实验抑制效率强烈相关。因此,分数最高的电子转移与最好的抑制剂(4-CNMBA)相关联。电离能是一项基本描述符的原子和分子的化学反应。高电离能表明高稳定性和化学惰性,而小电离能表示原子和分子的反应活性高。的低电离能4-CNMBA表明其抑制效率高。
的偶极矩提供信息,整个分子的极性。高偶极矩意味着更大的分子极性,这可能产生较高的化学反应活性(32]。它与缓蚀剂分子与金属表面的偶极-偶极相互作用。表2表明4-CNMBA偶极矩最高。它是由于电子释放效应(+ R效应)的哟3氯原子和电子撤回效应(−我效果),两者都是在苯环上的对位> C = N组将增加其分子反应,导致更强的吸附在金属表面的吸附相比,3-CNMBA 2-CNMBA。
锌可以接受电子的空置的轨道抑制剂分子形成配位键。抑制剂分子也可以接受锌原子的电子使用其反键轨道形成backdonating债券。这些捐款和backdonation过程加强这些抑制剂在锌表面的吸附。当和分子电荷转移,其次是backdonation从分子是积极有利的。在表2,计算值抑制剂之后订单4-CNMBA > 3-CNMBA > 2-CNMBA这表明backdonation 4-CNMBA青睐,这是最好的抑制剂。
正如我们所知,前线轨道理论是有用的在预测抑制剂的吸附中心负责与表面金属原子的交互。数据4(一),4 (b),4 (c)显示HOMO和LUMO轨道贡献的中性物种研究抑制剂分子4-CNMBA 3-CNMBA和2-CNMBA分别。所有的分子的HOMO密度集中在两个戒指,氯原子,> C = N组,O-atom甲氧基组。这意味着这些是活跃的网站负责与金属表面相互作用的分子。
(一)4-CNMBA
(b) 3-CNMBA
(c) 2-CNMBA
LUMO分子轨道均匀分布在环以及> C = N组,而氯原子的贡献可以忽略不计。但由于存在一个iminic (> C = N -)组和戒指,这些分子可以作为良好的抑制剂。
当地费用是重要的在许多化学反应和物理化学性质的化合物(26]。表3,4,5表明,大部分的碳原子(C1, C2, C3, C4、C5、C12甜,C21, C22, C23,和这件),氧原子(O11),氮原子(N18)和氯原子(3-CNMBA和4-CNMBA Cl29)拥有过剩负电荷。其中,最高负电荷位于(N18)和氮氧原子(O11),在所有这三个研究抑制剂。它证实了电子捐赠能力无人的原子轨道的金属直接相关负面原子吸附网站的指控。因此,这些原子应该主动吸附网站。
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亲核攻击的首选地点是分子中原子在福井函数具有最高的价值,因为它与LUMO和措施对捐赠者试剂的反应。亲电攻击的首选地点是分子中原子在福井的价值功能是最高的,因为它与人类相关措施对受体试剂的反应。激进的攻击,首选地点是最高价值。福井函数的分析中描述表3- - - - - -5表明原子O11 N18亲电攻击的首选网站,因为这些网站有更高的福井函数的值。原子C6、C16和O11最敏感网站的亲核攻击,因为这些网站的福井函数值最高。氯Cl29福井指数非常低的值。最简单的电子转移,吸附可以发生在分子的一部分,地方柔软具有最高的价值。高价值的表明高亲核性和高价值的表明高亲电性。结果显示在表中3- - - - - -5表明当地柔软浓缩指数和福井函数遵循相同的趋势。
3.3。定量结构(构象)和活动关系的考虑
上面讨论的理论结果表明,没有简单的关系量子化学参数,研究了抑制剂的抑制效率。为了关联的量子化学参数抑制剂及其实验抑制效率,试图适应%即线性和非线性模型通过使用XLSTAT [19,33]。以下被认为是量子化学参数;这是最高占据分子轨道的能量(eV),最低未占据分子轨道的能量(eV),能源缺口(eV),和偶极矩(D)。使用多项式非线性回归方程二度产生了那么好的结果发现的实验。取得了以下的多项式模型 在哪里抑制剂的浓度,是确定系数,RMSE的定义是 即在哪里pred是预测抑制效率,是实验抑制效率,观察的数量被认为是。
图中列出的实验和计算效率5。目前的模型成功地用来预测锌在酸性介质的腐蚀抑制效率中间抑制剂的浓度。这显然是在很高的浓度不够,效率并不会增加与抑制剂的浓度的增加。
抑制效率是最好的偶极矩描述和剩下的三个变量,,同样在预测抑制效率作出贡献。
4所示。结论
4-CNMBA、3-CNMBA 2-CNMBA是有效的抑制剂盐酸腐蚀锌暴露于0.5的解决方案。他们的抑制效率增加的顺序4-CNMBA > 3-CNMBA > 2-CNMBA。抑制效率往往通过增加抑制剂浓度增加。抑制效率百分比是解释的分子参数。自从计算量子化学性质可以改变分子的官能团的增加,抑制效率之间的相关性和分子参数可用于预选新的抑制剂。理解吸附的现象是腐蚀问题的关键。计算研究有助于寻找最可能的吸附分子的网站。这些信息可以帮助获得进一步了解腐蚀体系,如缓蚀剂吸附的最可能的网站。定量构效关系方程是发达国家和一个用来预测研究了抑制剂的腐蚀抑制效率。实验测量匹配这些化合物的腐蚀预测效率。 QSAR approach may be useful to predict and design the structure and molecule that is suitable to be an effective corrosion inhibitor.
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者感谢化学系,古吉拉特邦,古吉拉特邦大学科学学院的实验室设施和中央大学古吉拉特邦提供计算支持。
引用
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版权©2013 s Kumar et al。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。
