高效有机缓蚀剂的构效关系研究及分子设计

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1、中图分类号：TG174单位代码：10425学号：S07100908高效有机缓蚀剂的构效关系研究及分子设计StudyonQSARandMolecularDesignofEfficientOrganicCorrosionInhibitors学科专业：材料科学与工程研究方向：材料复合与组装作者姓名：胡建春指导教师：胡松青副教授二〇一〇年四月StudyonQSARandMolecularDesignofEfficientOrganicCorrosionInhibitorsAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCand

2、idate：HuJianchunSupervisor：Prof.HuSongqingCollegeofPhysicsScience&TechnologyChinaUniversityofPetroleum(EastChina)关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油大学（华东）或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的

3、同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权书本人完全同意中国石油大学（华东）有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期

4、：年月日摘要H2S、CO2腐蚀是世界石油工业中常见的腐蚀类型，也是困扰我国石油工业发展的一个极为突出的问题。在H2S、CO2腐蚀防护中，使用缓蚀剂是国内外腐蚀防护的一种重要手段。目前所报道的缓蚀剂中抗高浓度H2S和高浓度CO2腐蚀的不多，并且价格较高，针对性很强，有待进一步研究开发。本文选取油田常用的15种十一烷基咪唑啉类缓蚀剂为研究对象，将应用在药物分子设计方面的定量构效关系方法移用到缓蚀剂分子设计上，并通过理论和实验方法对设计结果进行验证。通过系统的分析研究得到如下结果：采用量子化学密度泛函理论(DFT)和多元回归分析方法对15种十一烷基

5、咪唑啉衍生物缓蚀剂的微观结构与其抗H2S、CO2腐蚀缓蚀效率之间的关系进行了研究，建立了缓蚀剂缓蚀性能预测的QSAR模型，结果表明，电子转移参数ΔN、咪唑环上非氢原子静电荷之和ΣQring及分子极化率α对咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀性能有很大的贡献，增加分子的ΔN和α值、降低ΣQring能显著改善缓蚀剂的缓蚀效率。在QSAR研究的基础上，结合软硬酸碱（SHAB）理论和分子内协同效应，通过改变取代基R2上的基团或原子来改变缓蚀剂分子结构参数值如ΔN，ΣQring、α，设计了4个烷基链长为11的新缓蚀剂分子。QSAR模型预测结果表明所设计的4个缓蚀剂分子

6、都具有较好的抗H2S、CO2腐蚀的缓蚀性能。根据前人的研究结果，对所设计的四种新型咪唑啉缓蚀剂分子的烷基链长度进行了修正，并采用分子动力学模拟（MD）和量子化学计算（QC）相结合的方法对所设计的新缓蚀剂分子进行理论筛选和评价。MD结果表明，当亲水官能团相同时，烷基链长为15的分子较烷基链长为11、17的分子具有更大的吸附能。烷基链长为15的四种新缓蚀剂分子A、B、C、D与金属界面发生吸附时，分子上的咪唑啉环和亲水支链优先吸附，烷基长链以一定的倾角远离金属表面，形成一层疏水膜，阻碍腐蚀介质向金属表面迁移；分子在Fe表面的吸附稳定性按D、C、A、

7、B的顺序逐渐减弱。QC结果显示，A、B、C、D分子的反应活性主要分布在咪唑啉环和亲水支链上，具有多个反应活性位点，能在金属表面形成多中心吸附。D分子具有最强的反应活性，C、A、B分子的反应活性依次减弱。采用溶剂法对所设计的前三种分子进行了合成，并采用失重法和电化学极化曲线法对其在H2S/CO2共存的盐溶液中对Q235钢的缓蚀性能进行了评价，结果表明三种缓蚀剂都具有较好的缓蚀性能，其平均最佳缓蚀效率分别为93.01%、90.65%、94.36%，最佳缓蚀剂添加浓度为100mg/L，验证了计算机模拟方法进行分子设计的正确性。关键词：咪唑啉缓蚀剂，

8、定量构效关系，计算机模拟，缓蚀性能MolecularDesignofEfficientOrganicCorrosionInhibitorinOilandGasFie