一种嘧啶咪唑啉缓蚀剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种嘧啶咪唑啉缓蚀剂及其制备方法 (Pyrimidine imidazoline corrosion inhibitor and preparation method thereof ) 是由 李艳艳 于 2021-01-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种嘧啶咪唑啉缓蚀剂及其制备方法,包括：1)对苯二甲酸与N1-(嘧啶-2-基)乙二胺进行酰化、环化反应,得到1,4-二((1-嘧啶-2-基)咪唑-2-基)苯；2)1,4-二((1-嘧啶-2-基)咪唑-2-基)苯经季铵化反应制备嘧啶咪唑啉缓蚀剂；该缓蚀剂有丰富的N原子以及季铵阳离子使得在金属表面附着力强,疏水端会定向进入腐蚀性介质中,从而形成疏水层,排斥腐蚀介质,可作为碳钢、铜的缓蚀剂。(The invention discloses a pyrimidine imidazoline corrosion inhibitor and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: 1) carrying out acylation and cyclization reaction on terephthalic acid and N1- (pyrimidine-2-yl) ethylenediamine to obtain 1, 4-bis ((1-pyrimidine-2-yl) imidazole-2-yl) benzene; 2) preparing a pyrimidine imidazoline corrosion inhibitor from 1, 4-di ((1-pyrimidine-2-yl) imidazole-2-yl) benzene through quaternization; the corrosion inhibitor has abundant N atoms and quaternary ammonium cations, so that the corrosion inhibitor has strong adhesion on the metal surface, and the hydrophobic end can directionally enter into a corrosive medium, thereby forming a hydrophobic layer and repelling the corrosive medium, and can be used as a corrosion inhibitor for carbon steel and copper.)
技术领域
本发明涉及一种有机缓蚀剂，尤其涉及一种嘧啶咪唑啉缓蚀剂及其制备方法。
背景技术
咪唑啉类衍生物因其可在金属表面形成紧密的吸附层，可作为盐酸、硫酸、二氧化碳和硫化氢腐蚀的缓蚀剂，因此被广泛应用于油气田的生产和化工生产过程中。近年来，低毒、高效、用量少的咪唑啉衍生物及天然植物绿色缓蚀剂成为研发热点，其合成也备受关注。
双子咪唑啉及其衍生物是近几年来发展迅速的一种新型的防锈剂，其具有两个(或两个以上)亲水基和两个(或两个以上)疏水基及一个间隔基团联结构成，该种特殊的分子结构使其能更好的吸附在金属表面。同时，双子咪唑啉型防锈剂能够在较低的浓度下更持久、更有效地抑制腐蚀。研究表明，在相同的浓度下，双子咪唑啉的缓蚀效率是常规咪唑啉的2倍以上，使得其在石油化工、抑制金属腐蚀等领域具有很高的应用价值。由此可见，提高缓蚀剂单位阳离子密度，可获得性能更优的咪唑啉缓蚀剂。
发明内容
本发明设计合成一种嘧啶咪唑啉缓蚀剂，该缓蚀剂分子上带有嘧啶基和咪唑，丰富的N原子以及季铵阳离子使得在金属表面附着力强，疏水端会定向进入腐蚀性介质中，从而形成疏水层，排斥腐蚀介质，可作为碳钢、铜的缓蚀剂。
所述嘧啶咪唑啉缓蚀剂，具有如下分子式：
式中，R为C1～C12的烷基直链，X为Br或I或OH。
上述嘧啶咪唑啉缓蚀剂的制备方法如下：
首先，对苯二甲酸与N1-(嘧啶-2-基)乙二胺进行酰化、环化反应制备1,4-二((1-嘧啶-2-基)咪唑-2-基)苯(Md-IMZ-B)，再经季铵化反应，使得咪唑N2变为季铵。
具体反应流程如下：
第一步，在溶剂中，对苯二甲酸与N1-(嘧啶-2-基)乙二胺在加热的氮气保护环境下进行酰化，进一步升温进行脱水成环，得到的反应液浓缩后进行重结晶，得到Md-IMZ-B。
第二步，在溶剂中，卤代烃滴入Md-IMZ-B反应液体系，加热回流，使得烷基键合至咪唑N2位置，得到的反应液经萃取或透析纯化，挥发溶剂后得到嘧啶咪唑啉缓蚀剂。
第一步中所述的溶剂为二甲苯，或二甲苯和N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂。
第一步所述的对苯二甲酸与N1-(嘧啶-2-基)乙二胺的投料摩尔比例为1:2～2.5。
第二步中所述的卤代烃为碘代烷或溴代烷。
第二步中所述的卤代烃为碳原子为1～12的烷基直链。
作为优选，第二步中所述的卤代烃为碳原子数是4～6的溴代烷。
第二步所述卤代烃的碳原子数为1～4时，所述溶剂为水或醇或两者的混合物。
第二步所述卤代烃的碳原子数＞4时，所述溶剂为水和醇的混合物或乙腈或甲苯。
本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明提供的嘧啶咪唑啉缓蚀剂，具有低毒、无刺激性气味，缓蚀能力强的特点，可应用于碳钢、铜缓蚀剂。
(2)所述嘧啶咪唑啉缓蚀剂分子有丰富的N原子以及季铵阳离子使得在金属表面附着力强，疏水端会定向进入腐蚀性介质中，从而形成疏水层，排斥腐蚀介质。
(3)所述嘧啶咪唑啉缓蚀剂的制备方法，原料廉价易得，制备工艺简单，易于工业化。
附图说明
图1为实施例1制备的嘧啶咪唑啉缓蚀剂Q1的12C-NMR图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
本发明测试：
元素分析：采用Vario EL III型元素分析仪(德国Elemeraor公司)分析干燥1,4-二((1-嘧啶-2-基)咪唑-2-基)苯样品各元素含量。
缓蚀率：在1000mL 5％的HCl水溶液中加入0.1wt％的样品，将Q235钢片和铜片悬挂在溶液中，在60±2℃的恒温浴中放置6h，溶液底部有磁力搅拌装置，搅拌速度为2000rpm，测量浸泡后钢片或铜片的质量变化。
缓蚀率按以下公式计算：
式中，W0是空白溶液中基材的失重量，W1是加入缓蚀剂溶液中基材的失重量。
核磁碳谱：采用Bruker AV-400核磁共振仪测定，溶剂为CDCl3(TMS内标)。
实施例1
在装有分水器和冷凝管的三口烧瓶中，加入对苯二甲酸(5.06g，0.03mol)、N1-(嘧啶-2-基)乙二胺(9.26g，0.07mmol)和100mL二甲苯，通入氮气，在140℃下回流酰化反应4h，分水器不断分离出水；继续升温至200℃进行环化反应，12h后结束反应，旋蒸挥发溶剂后得到粗产品，以乙醇重结晶，干燥后得到1,4-二((1-嘧啶-2-基)咪唑-2-基)苯(Md-IMZ-B)，记为Z1，产率为71.54％。
元素分析结果：
元素
N
H
C
O
实际值，％
29.76
4.95
63.74
1.37
理论值，％
30.24
4.86
64.79
0
称取Z1(5.14g，13.88mmol)和碘甲烷(4.73g，33.3mmol)放入装有冷凝管的烧瓶中，加入100mL去离子水，升温至120℃，保温回流12h，反应液旋蒸挥发溶剂后得到粗产品，以乙醇重结晶，干燥得到嘧啶咪唑啉缓蚀剂，记为Q1，产率86.42％。
实施例2
称取Z1(3.43g，9.26mmol)和溴己烷(3.67g，22.22mmol)放入装有冷凝管的烧瓶中，加入100mL乙醇，升温至80℃，保温回流12h，静置冷却24h，有白色固体析出，过滤后取滤渣用丙酮冲洗5遍，干燥至恒重，得到嘧啶咪唑啉缓蚀剂，记为Q2，产率88.47％。
实施例3
在装有分水器和冷凝管的三口烧瓶中，加入对苯二甲酸(7.26g，0.04mol)、N1-(嘧啶-2-基)乙二胺(15.10g，0.11mmol)和100mL二甲苯和50mLN-甲基吡咯烷酮，通入氮气，在160℃下回流酰化反应7h，分水器不断分离出水；继续升温至220℃进行环化反应，12h后结束反应，旋蒸挥发溶剂后得到粗产品，以乙醇重结晶，干燥后得到1,4-二((1-嘧啶-2-基)咪唑-2-基)苯(Md-IMZ-B)，记为Z2，产率为78.33％
元素分析结果：
元素
N
H
C
O
实际值，％
30.01
4.9
64.41
0.57
理论值，％
30.24
4.86
64.79
0.00
称取Z2(4.12g，11.12mmol)和溴丁烷(3.35g，24.47mmol)放入装有冷凝管的烧瓶中，加入60mL乙醇和40mL去离子水，升温至100℃，保温回流12h，旋蒸挥发溶剂后得到粗产品，以乙醇重结晶，干燥后得到1,4-二((1-嘧啶-2-基)咪唑-2-基)苯(Md-IMZ-B)，记为Q3，产率为76.37％。
实施例4
称取Z2(3.84g，10.37mmol)和溴代十二烷(7.75g，31.10mmol)放入装有冷凝管的烧瓶中，加入100mL甲苯，升温至120℃，保温回流12h，反应液冷却至室温后加入去离子水萃取，重复3遍，收集水相旋蒸得到1,4-二((1-嘧啶-2-基)咪唑-2-基)苯(Md-IMZ-B)，记为Q4，产率为63.54％。
实施例5
测试Q1～Q4样品的缓蚀率(％)：
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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