胡松青，郭愛玲，陳生輝，胡建春，張 軍，郭文躍

(中國石油大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東東營 257061)

α-氨基酸癸胺衍生物緩蝕性能的理論評價

胡松青，郭愛玲，陳生輝，胡建春，張 軍，郭文躍

(中國石油大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東東營 257061)

采用量子化學(xué)計算和分子動力學(xué)模擬相結(jié)合的方法，在液相條件下對2-氨基-N-癸烷-3-(4-羥基苯基)丙酸(A)、2-氨基-N-癸烷-乙酰胺(B)、2-氨基-N-癸烷-丙酸(C)和 2-氨基-N-癸烷-3-甲基-丁酰胺(D)4 種緩蝕劑分子抑制鹽酸對低碳鋼腐蝕的性能進行理論分析，考察其前線軌道能量、全局反應(yīng)活性參數(shù)、Fukui指數(shù)、重原子對前線軌道的貢獻，計算緩蝕劑分子與金屬Fe(001)表面的吸附能。結(jié)果表明：緩蝕劑分子A具有最強的反應(yīng)活性;緩蝕劑分子B擁有較高的局部反應(yīng)活性，C次之，D最小;緩蝕劑分子與金屬表面的結(jié)合力由強到弱依序為A、B、C、D;4種緩蝕劑分子的緩蝕性能由高到低依次為A、B、C、D，緩蝕性能與實驗數(shù)據(jù)相吻合。

緩蝕劑;理論評價;量子化學(xué)計算;分子動力學(xué)模擬

α-氨基酸癸胺類緩蝕劑在抑制鹽酸對低碳鋼表面的腐蝕表現(xiàn)出良好的緩蝕性能。筆者采用量子化學(xué)方法和分子動力學(xué)方法［1-2］，以2-氨基-N-癸烷-3-(4-羥基苯基) 丙酸(A)、2-氨基-N-癸烷-乙酰胺(B)、2-氨基-N-癸烷-丙酸(C) 和 2-氨基-N-癸烷-3-甲基-丁酰胺(D)［3］4種緩蝕劑為研究對象，考察其在水溶液中的反應(yīng)活性、結(jié)構(gòu)特征及與金屬表面的吸附行為，探索其緩蝕機制和溶劑水對吸附過程的影響，并對其緩蝕性能進行理論評價。

1 計算方法

1.1 量子化學(xué)計算

4種緩蝕劑的分子結(jié)構(gòu)和緩蝕效率［4］見表1。緩蝕劑分子的初始構(gòu)型均由Material Studio4.2程序包中的Visualizer模塊構(gòu)建。采用密度泛函中的廣義梯度近似(GGA)［5］方法，在 DNP［6］基組下運用PW91［7］交換關(guān)聯(lián)函數(shù)對所有分子進行幾何全優(yōu)化，并進行頻率分析，保證所得結(jié)構(gòu)為勢能面上的極小點(無虛頻)，而不會是過渡態(tài)或高階鞍點，收斂精度為Fine。為進一步接近真實條件，在量化計算部分考慮了溶劑水［8］(介電常數(shù)為78.54 F/m)對緩蝕劑反應(yīng)活性的影響。所有的計算均采用Dmol3模塊完成。前線軌道能量、能隙、電荷分布、Fukui指數(shù)等量化參數(shù)均在同一基組水平上計算得出。

1.2 分子動力學(xué)模擬

采用三層結(jié)構(gòu)模型研究液相條件下單分子緩蝕劑與金屬表面的相互作用：①建立基底層的 Fe(001)［9］表面。表面厚度為11層，共計1 469個鐵原子，3.153 nm×3.153 nm×7.782 nm;②采用AmorphousCell模塊建立包含1個緩蝕劑分子和1000個水分子的中間層體系;③利用Amorphous Cell模塊建立包含500個水分子的溶劑層結(jié)構(gòu)。模擬中凍結(jié)基底層和第三層的水分子，采用Materials Studio 4.2軟件包中的 COMPASS［10］力場對體系進行優(yōu)化，正則系綜(NVT)［11］的分子動力學(xué)模擬通過Discover模塊完成。模擬溫度為298 K，采用Anderson［12］方法進行溫度控制。分子起始速度由Maxwell-Boltzmann分布隨機產(chǎn)生，在周期性邊界條件和時間平均等效于系綜平均等假設(shè)基礎(chǔ)上，運用Velocity Verlet［13］算法求解牛頓運動方程。分子間范德瓦爾斯和庫侖相互作用通過Charge Group［14］方法計算，該方法所使用的基團勢函數(shù)為

式中，Q、μ、θ和Θ分別為該基團所帶總電量、偶極矩、電四極矩和方位角;R為基團中心所在的徑向距離。截斷半徑為1.5 nm，截斷距離之外的分子間相互作用能按平均密度近似方法進行校正。時間步長為1 fs，模擬時間為1000 ps，每1000步記錄一次體系的軌跡信息。所有計算均在PentiumⅣ微機上進行。

2 結(jié)果分析

2.1 前線軌道分布

分子軌道是由原子軌道線性組合而成的單粒子波函數(shù)。根據(jù)前線軌道理論［15］，兩種分子間的相互作用主要來自最高占有軌道(HOMO)與最低空軌道(LUMO)之間的作用。最高占有軌道能量(EHOMO)是分子供電子能力的量度，即EHOMO越大，分子越容易向低能級分子軌道提供電子;最低空軌道能量(ELUMO)是接受電子能力的量度，即ELUMO越小，分子越容易接受電子［16］。有機緩蝕劑分子 HOMO與LUMO之間的能隙(ΔE=ELUMO－EHOMO)也是評價緩蝕劑分子穩(wěn)定性的重要因素。ΔE越小，緩蝕劑分子越穩(wěn)定，其緩蝕性能越好［17］。水溶液中4種緩蝕劑分子的前線軌道分布如圖1所示。

圖1 水溶液中各分子的最高占有軌道(HOMO)、最低空軌道(LUMO)的0.02 au等值面圖形Fig.1 HOMO and LUMO isosurfaces with a value of 0.02 au for molecules in solution phase

從圖1可以看出，4個分子最高占有軌道與最低空軌道主要離域于其極性頭部，當(dāng)吸附作用發(fā)生時，極性頭部優(yōu)先吸附于金屬表面，既有利于金屬表面的空d軌道接受緩蝕劑分子所提供的電子形成配位鍵，也有利于緩蝕劑分子利用其反鍵軌道接受來自金屬表面的電子而形成反饋鍵，使緩蝕劑分子在金屬表面形成穩(wěn)定吸附。這是由于羰基上的碳原子以sp2雜化軌道形成3個σ鍵，并且分布在同一個平面上，其中一個sp2雜化軌道和氧形成一個σ鍵，另外兩個sp2雜化軌道和其他兩個原子形成σ鍵。羰基碳原子上還剩下的一個p軌道和氧原子上的一個p軌道垂直于3個σ鍵形成的平面，側(cè)面重疊形成π鍵。由于氧原子的電負性較大，有較強的吸電子能力，π電子云偏向氧原子，導(dǎo)致氧原子的電子云密度增加，使其與金屬表面形成配位鍵。此外，兩個氮原子都含有一對孤對電子，易與鐵的空d軌道形成配位鍵，形成更加穩(wěn)定的吸附。在分子A中，除了氮、氧原子外，由于酚羥基的氧原子處于sp2雜化狀態(tài)，氧上有兩對孤對電子，其中一對占據(jù)sp2雜化軌道，另一對占據(jù)p軌道，p電子云可以與苯環(huán)的大π鍵電子云發(fā)生側(cè)面重疊，形成p－π共軛體系，使苯環(huán)上的電子云密度增加，有利于其與金屬表面發(fā)生相互作用。緩蝕劑分子A無論從最高占有軌道能量、最低空軌道能量，還是能隙ΔE都具有明顯的緩蝕優(yōu)勢。

2.2 全局反應(yīng)活性

緩蝕劑分子的全局參數(shù)可通過密度泛函理論計算得出?；瘜W(xué)勢表示在一定的外加電場作用下體系總能量隨電子轉(zhuǎn)移的改變，其值可用來衡量電子反應(yīng)活性的強弱［18］。單位電子轉(zhuǎn)移后，能量改變越大，體系活性越高，越容易與金屬基體發(fā)生反應(yīng)。對于包含N個電子的體系，在外場v(r)一定的情況下，化學(xué)勢(μ)等于電負性(χ)的負值，定義為體系總能量(E)對電子數(shù)(N)的一階導(dǎo)數(shù)［19］，即

絕對硬度是表征緩蝕劑分子的穩(wěn)定性與化學(xué)反應(yīng)活性的重要參數(shù)。在密度泛函理論方法中，絕對硬度(η)定義為體系總能量E對電子數(shù)N的二階導(dǎo)數(shù)［20］，即

全局軟度［21］定義為

Parr等［22］引入親電指數(shù)ω，用來衡量一個分子的親電子能力大小，定義為

在分子軌道理論中，絕對硬度可用下式［23］近似計算：

在吸附過程中，單獨考慮緩蝕劑分子的電子結(jié)構(gòu)性能不足以真實地描述化學(xué)反應(yīng)過程，因此必須同時考慮緩蝕劑分子和金屬的電子性能。電子轉(zhuǎn)移參數(shù)描述的是緩蝕劑分子與金屬表面間的電子轉(zhuǎn)移能力，其計算公式［18，24］如下：

其中，μI和μM分別為緩蝕劑分子和金屬原子的化學(xué)勢。

水溶液中4種緩蝕劑分子的全局活性參數(shù)見表2。

表2 水溶液中4種緩蝕劑分子的全局活性參數(shù)Table 2 Global reactivity parameters for four inhibitor molecules in solution phase

由表2看出：緩蝕劑分子A的化學(xué)勢最小，單位電子轉(zhuǎn)移后，分子A的能量改變較其他分子大，體系活性較高，易與金屬基體發(fā)生反應(yīng);分子A具有較大的全局軟度、親電指數(shù)、電子轉(zhuǎn)移數(shù)和較小的絕對硬度。這充分證明分子A與金屬鐵之間具有較強的相互作用，易吸附于金屬表面，從而抑制其他腐蝕性離子的入侵，因此其緩蝕性能最好，且與實驗數(shù)據(jù)相符［4］。緩蝕劑分子B、C、D的全局參數(shù)差別很小，不能作為衡量緩蝕性能的量度。

2.3 局部反應(yīng)活性

化學(xué)勢、絕對硬度、軟度和親電指數(shù)是從電子的固有屬性進行推理的，其中包括原子電荷的計算、電子的自旋布局、電荷密度的拉普拉斯函數(shù)等方法。能夠表征分子局部反應(yīng)活性的最成功的方法是Fukui前線軌道理論［25］。

Fukui指數(shù)不但可以測定分子的化學(xué)反應(yīng)點位的強弱，而且還可以確定活性區(qū)域的親核或親電子特性。為了進一步評價其他3種緩蝕劑分子的緩蝕性能，采用各重原子的Fukui指數(shù)進行分析。在外加勢場v(r)一定的情況下，F(xiàn)ukui函數(shù)f(r)定義為電子密度ρ(r)對電子數(shù)N的一階偏導(dǎo)［26-27］，即

根據(jù)有限差分近似，F(xiàn)ukui函數(shù)［2，4，29］f(r)可表示為

式中，qi(N)、qi(N+1)和qi(N－1)分別是分子為中性、陰離子和陽離子時，分子中原子i所帶的電量;fi(r)+和fi(r)－分別為親核攻擊指數(shù)和親電攻擊指數(shù)，表示分子中原子i得或給電子能力的強弱，數(shù)值越大，得或給電子能力越強。

此外，對于某一特定分子，構(gòu)成其HOMO-LUMO的每一原子軌道的HOMO-LUMO系數(shù)的平方，均正比于該原子軌道對分子HOMO-LUMO的貢獻［28-30］。因此，可采用重原子對HOMO-LUMO的貢獻衡量原子供或得電子的能力。計算公式［29］表示為

表3 分子B、C、D的Mulliken電荷分布、Fukui指數(shù)和重原子對HOMO、LUMO的貢獻Table 3 Mulliken charge、Fukui index and contributions of heavy atoms to HOMO and LUMO for B，C and D

從表3中可以看到：碳原子帶正電，表明具有親電性，可能得到電子與金屬表面形成反饋鍵;氮、氧均帶負電表明具有親核性，可能供出電子與金屬表面形成配位鍵;3種分子的反應(yīng)活性中心均集中在氮、碳和氧上;分子B中N1的fi(r)－最大，且對最高占有軌道的貢獻最大，N1為分子B的親核反應(yīng)中心，具有最高的供電子能力;3種分子的給電子能力由強到弱順序為B、C≈D;3種分子中碳的親核攻擊性最強，且其fi(r)+相差不多，但在最低空軌道的貢獻中分子D最小，C、B較D具有更好的得電子能力，而C與B在碳原子上的得電子能力相差不多，對最高占有軌道的貢獻也相差很小，因此碳點位的化學(xué)反應(yīng)活性由強到弱順序為B≈C、D;3種緩蝕劑分子的局部反應(yīng)活性由強到弱依次為B、C、D。

2.4 緩蝕劑分子在Fe(001)表面的吸附行為

2.4.1 平衡吸附構(gòu)型

體系平衡由溫度和能量平衡加以判別。液相條件下4種緩蝕劑在Fe(001)表面的分子動力學(xué)模擬經(jīng)300 ps均已達平衡，圖2為液相條件下4種緩蝕劑分子在Fe(001)表面的平衡吸附構(gòu)型。圖中4種緩蝕劑分子的極性頭部均吸附于Fe(001)表面，而由10個碳原子組成的烷基鏈由于溶劑水的作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)并偏離金屬表面指向溶液。當(dāng)體系達平衡后，緩蝕劑分子在其平衡位置附近做微小的振動，所不同的是烷基鏈偏離金屬表面的程度和極性頭部的驅(qū)替能力不同。

圖2 液相中4種緩蝕劑分子在Fe(001)表面的平衡吸附構(gòu)型Fig.2 Equilibrium configurations of inhibitors adsorbed on Fe(001)surface in liquid phase

為了細致描述緩蝕劑分子的平衡吸附形態(tài)，對—NH2中的氮原子、—C O中的碳原子和氧原子與金屬鐵表面的距離(d)分別測量，其統(tǒng)計平均值列于表4。從表4中可以看出，體系達平衡后，氮、碳和氧與鐵表面的距離分別分布在0.294～0.504、0.279～0.378和0.244～0.270 nm，說明緩蝕劑分子在此3個位點具有較強的反應(yīng)活性，與金屬Fe(001)表面形成多中心吸附，且氧原子與表面的距離最近，碳原子次之，氮原子最大。

表4 緩蝕分子在液相中平衡吸附構(gòu)型的結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 4 Structural parameters of four simulated molecules in liquid phase

從表4還可以看出，緩蝕劑分子的烷基鏈傾斜角由74°逐漸減小到31.14°，說明緩蝕劑分子在溶劑的作用下向金屬表面“倒臥”能力減弱。這種現(xiàn)象與緩蝕劑分子頭部極性和吸附形態(tài)有密切關(guān)系。緩蝕劑分子A的極性頭部平行吸附于金屬表面，增強了驅(qū)替水分子的能力，與金屬表面結(jié)合更牢固;對于分子B、C、D，在其極性頭部不同程度地加入了非極性基團，而且非極性基團所占的比重越大，越容易受到水分子的影響，因此削弱了緩蝕劑分子與金屬表面的結(jié)合強度，導(dǎo)致其烷基鏈傾斜角逐漸減小。

2.4.2 能量分析

緩蝕劑分子的結(jié)構(gòu)及能量參數(shù)均在體系達到平衡后提取。圖3為緩蝕劑分子A動力學(xué)模擬過程的能量和溫度隨時間變化的波動曲線(B、C和D都具有相似的能量和溫度分布曲線)。體系模擬過程中后300 ps的能量漲落約為0.30%，溫度漲落為(298±10)K，表明體系已達平衡，由此選取后300 ps進行取樣，計算相應(yīng)緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)及能量參數(shù)的統(tǒng)計平均值。

圖3 緩蝕劑分子A在Fe(001)表面吸附的能量和溫度波動曲線Fig.3 Energy and temperature fluctuation curves of A on Fe(001)surface

液相條件下緩蝕劑分子在金屬Fe(001)表面的平衡吸附形態(tài)有明顯的差異，緩蝕劑分子與金屬表面的吸附能及緩蝕劑分子的形變能見表5。由于緩蝕劑分子與金屬表面之間吸附能在一定程度上能夠反映緩蝕性能，其絕對值越大，緩蝕劑與金屬表面的結(jié)合就越牢固，而形變能反映緩蝕劑分子在溶液條件下的變形程度，分別利用如下公式［31-32］進行計算：

其中，Ea為緩蝕劑與金屬表面的吸附能;Em為孤立緩蝕劑分子的能量;Es為未吸附緩蝕劑時金屬表面的能量;Em－s為緩蝕劑分子和金屬表面體系的總能量;Ed為緩蝕劑分子在液相條件下的形變能;Eimb和Eim分別為緩蝕劑分子在束縛狀態(tài)和自由狀態(tài)下的單點能。

根據(jù)熱力學(xué)原理，引起溶液中某種粒子在界面層中吸附的基本原因是由于吸附過程伴隨著體系自由能的降低，即體系為放熱過程，吸附能必須是負值［33］。其絕對值越大，說明緩蝕劑分子與金屬表面的結(jié)合能力越強，其緩蝕性能越高。由表5看出，4種緩蝕劑分子的緩蝕性能由強到弱依次為A、B、C、D。4種緩蝕劑分子都發(fā)生了不同程度的形變，且隨著非極性基團的加入，形變能逐漸增大，但其形變能均小于吸附能的絕對值，表明緩蝕劑分子能克服自身形變而吸附于金屬表面。這與量子化學(xué)計算分析的結(jié)論相一致。

表5 緩蝕劑分子液相條件下吸附能和形變能的統(tǒng)計平均值Table 5 Statistic average values of adsorption energies and deformed energies for four inhibitors in liquid phase

3 結(jié)論

(1)4種緩蝕劑分子的最高占有軌道與最低空軌道主要離域于其極性頭部，可與金屬表面形成配位鍵和反饋鍵，其中分子A具有最大的最高占有軌道能量和最小的最低空軌道能量，且反應(yīng)活性最強。分子B、C、D的反應(yīng)活性中心均位于—NH2中的氮原子、—C O中的碳原子和氧原子上，與金屬表面形成多中心吸附，緩蝕劑分子B的局部反應(yīng)活性較C強，D最小。

(2)在Fe(001)表面發(fā)生吸附時，分子的極性頭基優(yōu)先吸附于金屬表面，烷基尾鏈在水溶液的影響下以不同的傾斜角指向液體。由于頭基的極性強弱和吸附形態(tài)的差異導(dǎo)致其與金屬表面結(jié)合力由強到弱依次為A、B、C、D。4種緩蝕劑分子的緩蝕效率由高到低順序為A、B、C、D，與實驗結(jié)果一致。

［1］VOSTA J，ELIASEK J.Study on corrosion inhibition from aspect of quantum chemistry［J］.Corros Sci，1971，11(4)：223-229.

［2］ 林夢海.量子化學(xué)簡明教程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：262-263.

［3］GOMEZ B，LIKHANOVA N V，DOMINGUEZ-AGUILAR M A，et al.Theoretical study of a new group of corrosion inhibitors［J］.Phys Chem A，2005，109：8950-8957.

［4］OLIVARES O，LIKHANOVA N V，GOMEZ B，et al.Electrochemical and XPS studies of decylamides of a-amino acids adsorption on carbon steel in acidic environment［J］.Applied Surface Science，2006，252：2894-2909.

［5］ DULAK M，KAMINSKI J W，WESOLOWSKI T A.E-quilibrium geometries of noncovalently bound intermolecular complexes derived from subsystem formulation of density functional theory［J］.Chem Theory Comput，2007，3：735-745.

［6］FRANZEN S.Carbonmonoxy rebinding kinetics in H93G myoglobin：separation of proximal and distal side effects［J］.Phys Chem B，2002，106：4533-4542.

［7］張軍，趙衛(wèi)民，郭文躍，等.苯并咪唑類緩蝕劑緩蝕性能的理論評價［J］.物理化學(xué)學(xué)報，2008，24(7)：1239-1244.

ZHANG Jun，ZHAO Wei-min，GUO Wen-yue，et al.Theoretical evaluation of corrosion inhibition performance of benzimidazole corrosion inhibitors［J］.Acta Phys Chim Sin，2008，24(7)：1239-1244.

［8］KHALEDA K F，F(xiàn)ADL-ALLAHB S A，HAMMOUTIC B.Some benzotriazole derivatives as corrosion inhibitors for copper in acidic medium：experimental and quantum chemical molecular dynamics approach［J］.Materials Chemistry and Physics，2009，117：148-155.

［9］RAMACHANDRAN S，TSAI B L，BLANCO M，et al.Self-assembled monolayer mechanism for corrosion inhibition of iron by imidazolines［J］.Langmuir，1996，12(26)：6419-6428.

［10］SUN H.Compass：an ab initio force-field optimized for condensed-phase applicationss overview with details on alkane and benzene compounds［J］.Phys Chem B，1998，102(38)：7338.

［11］ HEERMANN D W.論物理學(xué)中的計算機模擬方法［M］.秦克成，譯.北京：北京大學(xué)出版社，1996：45-47.

［12］BERENDSEN H J C，POSTMA J P M，VAN GURSTEREN W F.Molecular dynamics with coupling to an external bath［J］.Chem Phys，1984，81：3684-3690.

［13］ANDERSEN H C.Molecular dynamics simulations at constant pressure and/or temperature［J］.Chem Phys，1980，72：2384.

［14］ MAITLAND G C，RIGBY M，SMITH E B，et al.Intermolecular forces：their origin and determination［M］.London：Oxford University Press，1987：327-330.

［15］ BEREKET G，HUR E，OGRETIR C.Quantum chemical studies on some imidazole derivatives as corrosion inhibitor for iron in acidic medium［J］.Mol Struct(Theochem)，2002，578：79-88.

［16］KHALIL N.Quantum chemical approach of corrosion inhibition［J］.Electrochimica Acta，2003，48：2635-2640.

［17］TANER A，KANDEMIRLI F，EBENSO E E，et al.Quantum chemical studies on the corrosion inhibition of some sulphonamides on mild steel in acidic medium［J］.Corrosion Science，2009，51：35-47.

［18］LASHKARI M，ARHADI M R.DFT studies of pyridine corrosion inhibitors in electrical double layer：solvent，substrate，and electric field effects［J］.Chem Phys，2004，299：131-137.

［19］ PARR R G，DONNELLY R A，LEVY M，et al.Electrpnegativity：the density functional viewpoint［J］.Chem Phys，1978，68：3801.

［20］PARR R G，PEARSON R G.Absolute hardness：companion parameter to absolute electronegativity［J］.Am Chem Soc，1983，105：7512.

［21］YANG W，PARR R G.Hardness，softness，and the fukui function in the electronic theory of metals and catalysis［J］.Proc Nati Acad Sci USA，1985，82：6723-6726.

［22］PARR R G，SZENTPALY L，LIU S.Electrophilicity index［J］.Am Chem Soc，1999，121：1922.

［23］PEARSON R G.Absolute electronegativity and hardness correlated with molecular orbital theory［J］.Proc Nat Acad Sci USA，1986，83：8440-8441.

［24］ LASHGARI M，ARSHADI M R，PARSAFAR G A.et al.Cluster/polarized continuum models for density functional theory investigations of benzimidazole corrosion inhibitors at metal/solution interface［J］.Corrosion，2006，62：204.

［25］GOMEZ B，LIKHANOVA N V，DOMINGUEZ-AGUILAR M A，et al.Quantum chemical study of the inhibitive properties of 2-pyridyl-azoles［J］.Phys Chem B，2006，110(18)：8928-8934.

［26］LI T L，LIU S B，F(xiàn)ENG S X，et al.Face-integrated fukui function：understanding wettability anisotropy of molecular crystals from density functional theory［J］.Am Chem Soc，2005，127：1364-1365.

［27］ BULAT F A，CHAMORRO E，F(xiàn)UENTEALBA P，et al.Condensation of frontier molecular orbital Fukui functions［J］.Phys Chem A，2004，108：342-349.

［28］COSTA J M，LLUCH J M.The use of quantum mechanics calculations for the study of corrosion inhibitors［J］.Corrosion Science，1984，24：929-933.

［29］張曙光.有機阻垢緩蝕劑作用機理的理論研究［D］.南京：南京理工大學(xué)化學(xué)系，2006.

ZHANG Shu-guang.Theoretical study on the operation mechanism of scale and corrosion inhibitors［D］.Nanjing：Department of Chemistry，Nanjing University of Science and Technology，2006.

［30］FANG J，LI J.Quantum chemistry study on the relationship between molecular structure and corrosion inhibition efficiency of amides［J］.Mol Struct(Theochem)，2002，593：179-185.

［31］KORNHERR A，TORTSCHANOFF A，ERWIN P C.Modelling of aqueous solvation of eosin Y at the rutile TiO2(110)/water interface［J］.Chem Phys Lett，2006，430：375-379.

［32］張曙光，王風(fēng)云，雷武.水溶性聚合物與硬石膏晶體相互作用的分子動力學(xué)模擬［J］.化學(xué)學(xué)報，2007，65(20)：2249-2256.

ZHANG Shu-guang，WANG Feng-yun，LEI Wu.Molecular dynamics simulaton of interaction between water-soluble polymers and anhydrite crystal［J］.Acta Chim Sin，2007，65(20)：2249-2256.

［33］ 范洪波.新型緩蝕劑的合成與應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：9-14.

Theoretical evaluation of corrosion inhibition performance of decylamides of α-amino acids derivatives

HU Song-qing，GUO Ai-ling，CHEN Sheng-hui，HU Jian-chun，ZHANG Jun，GUO Wen-yue
(College of Physics Science and Technology in China University of Petroleum，Dongying 257061，China)

The corrosion inhibition performances of four corrosion inhibitors in HCl on mild steel，including 2-amino-N-decyl-3-(4-hydroxyphenyl)propionamid(A)，2-amino-N-decylacetamide(B)，2-amino-N-decylpropionamide(C)and 2-amino-N-decyl-3-methylbutyramide(D)，were theoretically evaluated using quantum chemistry calculations and molecular dynamics simulations.Frontier orbital theory and global activity，F(xiàn)ukui indices and the contributions of heavy atoms to frontier orbital were studied.Adsorption energy of corrosion inhibitors on Fe(001)surface was calculated.The results indicate that inhibitor A shows the highest reaction activity among the four molecules.The inhibitor B displays higher local reaction activity，followed by C and D minimum.The order of bonding energy between corrosion inhibitors and metal surface is defined as A＞B＞C＞D.Quantum chemistry calculation and molecular dynamics simulations show that the order of corrosion inhibition property for four inhibitors is as follows A＞B＞C＞D，which agrees well with the experimental data.

corrosion inhibitor;theoretical evaluation;quantum chemistry calculation;molecular dynamics simulation

O 647;TG 174.42

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2011.03.030

1673-5005(2011)03-0148-06

2011－01－25

中石化普光氣田緩蝕劑技術(shù)研究專項課題(309003);中國石油中青年創(chuàng)新基金項目(2008D－5006－02)

胡松青(1967－)，男(漢族)，湖北松滋人，副教授，博士，研究方向為金屬防腐。

(編輯 劉為清)