L-半胱氨酸衍生物的合成及其缓蚀性能与分子构效关系的研究

论文摘要

缓蚀剂作为一种经济适用和高效的防腐蚀方法,在金属保护工程中占有重要的地位。尤其是近些年来,由于环境保护和可持续发展战略的需要,以及人们环保意识的增强,研发新型高效、环境友好的绿色缓蚀剂越来越受到人们的重视。氨基酸类化合物由于其来源广泛、无毒、易降解等特点,越来越广泛的被应用于缓蚀剂研究中。本论文筛选和合成了3种类型十个L-半胱氨酸衍生物作为环境友好型缓蚀剂,通过失重试验、电化学试验、量子化学计算、分子动力学模拟等多种手段和方法测试了所选八种化合物和L-半胱氨酸的缓蚀性能,分析了它们对碳钢的缓蚀机理,归纳了分子结构与缓蚀效果之间的关系。研究的主要成果如下：通过查阅文献,确立并改进了L-半胱氨酸衍生物的合成方法。按照这种方案,合成了S-烷基-L-半胱氨酸、N-乙酰基-L-半胱氨酸、N-乙酰-S-烷基-L-半胱氨酸、L-半胱氨酸乙酯盐酸盐,同时利用红外、核磁等检测手段,确定目标产物。失重实验和电化学实验的结果表明,L-半胱氨酸及其八种衍生物在盐酸溶液中对碳钢均有较好的缓蚀效果,且与L-半胱氨酸相比,其衍生物的缓蚀效率均有不同程度的提高,尤其是S-苄基-L-半胱氨酸,在10-2mol/L时,对碳钢的缓蚀效率可达82%。其缓蚀机理是L-半胱氨酸及其衍生物分子吸附在碳钢表面形成了一层致密的保护膜,抑制其电化学阴极和阳极过程,降低了腐蚀电流密度。随着缓蚀剂浓度的升高,缓蚀效率逐渐增大。从电化学机理初步断定L-半胱氨酸及其衍生物位混合型缓蚀剂。量子化学计算得到了分子最优化构型,推断了L-半胱氨酸及其衍生物分子的化学吸附活性中心,并建立了的定量构效相关（QSAR）方程,为新型L-半胱氨酸衍生物分子的设计合成提供了一定的科学依据,对缓蚀剂理论的发展与完善起到了一定的促进作用。利用Materials Studio4.0软件构建缓蚀剂-水-金属界面模型,通过分子动力学模拟方法,研究水溶液环境中L-半胱氨酸及其衍生物在Fe（110）表面的吸附、成膜行为。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 缓蚀剂与绿色化学品
• 1.2 缓蚀剂研究概况
• 1.2.1 缓蚀剂研究历史回顾
• 1.2.2 缓蚀剂的分类
• 1.2.3 缓蚀剂的作用机理
• 1.2.4 缓蚀剂的性能测试评定方法
• 1.3 有机缓蚀剂的量子化学研究
• 1.4 缓蚀剂分子的分子动力学模拟的研究
• 1.4.1 分子动力学模拟原理
• 1.4.2 分子动力学模拟在缓蚀机理研究中的应用
• 1.5 本课题的研究意义及主要内容
• 1.5.1 本课题研究意义
• 1.5.2 主要内容
• 2 L-半胱氨酸衍生物的合成与表征
• 2.1 S-烷基-L-半胱氨酸的合成与表征
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验药品
• 2.1.3 实验原理
• 2.1.4 实验部分
• 2.1.5 S-丁基、己基-L-半胱氨酸的合成与表征
• 2.1.6 S-苄基-L-半胱氨酸的合成与表征
• 2.2 S-烷基-N-乙酰基-L-半胱氨酸的合成与表征
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验药品
• 2.2.3 实验原理
• 2.2.4 N-乙酰基-L-半胱氨酸的合成与表征
• 2.2.5 N-乙酰基-S-烷基-L-半胱氨酸的合成与表征
• 2.2.6 N-乙酰基-S-苄基-L-半胱氨酸的合成与表征
• 2.3 L-半胱氨酸酯盐酸盐的合成与表征
• 2.3.1 实验仪器
• 2.3.2 实验药品
• 2.3.3 实验原理
• 2.3.4 实验步骤
• 2.3.5 产物表征
• 2.4 本章小结
• 3 L-半胱氨酸及其衍生物缓蚀性能的测定
• 3.1 失重法测定L-半胱氨酸及其衍生物缓蚀性能
• 3.1.1 实验仪器（腐蚀旋转挂片仪,挂片,列表）
• 3.1.2 实验药品
• 3.1.3 实验步骤
• 3.1.4 实验结果与讨论
• 3.2 电化学测试法测定L-半胱氨酸及其衍生物的缓蚀性能
• 3.2.1 实验仪器与示意图
• 3.2.2 实验药品
• 3.2.3 实验步骤
• 3.2.4 动电位极化曲线测试结果及讨论
• 3.3 L-半胱氨酸及其衍生物缓蚀机理初步推断
• 3.3.1 物理吸附
• 3.3.2 化学吸附
• 4 L-半胱氨酸及其衍生物缓蚀性能的量子化学研究
• 4.1 缓蚀剂分子的几何构型
• 4.2 电荷分布
• 4.3 L-半胱氨酸及其衍生物缓蚀效率与构效关系研究
• 4.3.1 缓蚀剂分子中各非氢原子对前线轨道的贡献
• 4.3.2 量子化学的前线轨道理论
• 4.3.3 缓蚀率与量子化学参数之间的QSAR关系
• 4.4 Fukui指数
• 5 液相条件下L-半胱氨酸及其衍生物在金属表面吸附的MD研究
• 5.1 引言
• 5.2 计算方法
• 5.2.1 模型构建
• 5.2.2 模拟细节
• 5.3 结果与讨论
• 结论
• 致谢
• 参考文献