CN109265456B - 一种噻唑基二氢吡唑化合物的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳钢的盐酸酸洗缓蚀剂，具体的说是一种噻唑基二氢吡唑化合物的制备方法及其应用。噻唑基二氢吡唑化合物为3‑苯基‑1‑(4‑苯基‑2‑噻唑基)‑5‑(‑2‑噻吩基)‑4,5‑二氢吡唑，结构式如式一所示：
Description
技术领域
本发明涉及碳钢的盐酸酸洗缓蚀剂，具体的说是一种噻唑基二氢吡唑化合物的制备方法及其应用，属于金属腐蚀与防护技术领域。
背景技术
目前，酸化是提高油气井采收率的一项重要措施，国内多数油气井都需要依靠酸化技术处理地层，以提高油气井的采收率，实现油气井的增产与稳产。但酸液注人地层的过程会对油气井设备和管线产生严重的腐蚀，大大缩短油气井设备和管线的使用寿命，同时被酸溶蚀的金属铁离子又会对地层造成伤害，严重影响了油气井的正常生产。而添加缓蚀剂是防止油气井设备和管线腐蚀的有效途径。
酸化缓蚀剂是一种以适当的浓度和形式存在于酸性介质中，防止和减缓钢铁腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物。国内油气田常用的有机酸化缓蚀剂主要有苯并咪唑、吡唑类、咪唑啉、季铵盐、嘧啶、噻二唑衍生物等。油气田中常见的金属缓蚀剂在合成及其应用过程中往往存在着毒性大、成本高、稳定性差、效果不理想以及产物与溶剂分离困难等问题。目前，缓蚀剂的研究正朝着“环境友好型缓蚀剂”的方向发展。本发明提出了一种新型环境友好型高效的应用于碳钢的盐酸酸化缓蚀剂的合成方法，该缓蚀剂的分子结构相对于传统的缓蚀剂具有更大的共轭体系，同时分子内还含有噻唑和噻吩等含有富电子基团的芳杂环结构，因此，其含有的孤对电子和π电子与金属Fe原子的内层d空轨道形成多吸附的化学键，在碳钢表面形成更加紧密稳定的吸附膜，起到阻碍腐蚀介质与金属表面的接触，从而减缓碳钢腐蚀的效果。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，通过设计结构新的化合物分子提供一种低毒、环境友好、高效的含芳香杂环的噻唑基二氢吡唑化合物作为高效酸化缓蚀剂的应用。
为实现上述目的本发明采用技术方案为：
一种含芳香杂环的噻唑基二氢吡唑化合物作为高效酸环缓蚀剂的应用，所述含芳香杂环的噻唑基二氢吡唑化合物为3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑，其结构式如式一所示：
式一。
进一步的说，将式一化合物作为盐酸酸洗缓蚀剂时，将3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑溶于1.0mol/L的盐酸溶液介质中，接着在室温下对混合溶液超声分散30min，使之完全溶解，室温搅拌均匀即可。
再进一步的说，将碳钢制品浸没于加入缓蚀剂的1.0mol/L盐酸溶液中，浸泡时间不少于1h，浸没温度为25℃，其中每升盐酸溶液中3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑加入量为5～100mg。
所述式一化合物的制备方法如下：
（1）将噻吩甲醛与苯乙酮在氢氧化钠的乙醇水溶液中反应，常温下搅拌反应12h，减压抽滤得到黄色的1-苯基-3-噻吩基丙烯酮；
（2）将步骤（1）得到的1-苯基-3-噻吩基丙烯酮与缩氨基硫脲在氢氧化钠的乙醇水溶液中反应，加热回流，磁力搅拌10h，TLC跟踪反应，反应完全后，倾倒入冰水中，经减压抽滤、水洗、乙醇重结晶，得到3-苯基-5-噻吩基-1-氨基硫代甲酰基-2-二氢吡唑；
（3）步骤（2）得到的3-苯基-5-噻吩基-1-氨基硫代甲酰基-2-二氢吡唑加入到α-溴代苯乙酮的乙醇溶液中，回流反应2h，反应结束后，倾倒入冰水中，然后经减压抽滤、水洗，用甲苯重结晶后得到产物3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑，其氢核磁共振表征结果如下：
1HNMR (DCCl3), 400 MHz): δ=7.22 (d, 1H); 7.32 (d, 2H); 7.48 (d, 2H);6.6 (s, 1H); 6.91 (d, 1H); 6.72 (t, 1H); 6.60 (d, 1H); 3.9 (t, 1H); 2.0 (d,1H); 1.7 (d, 1H); 7.6 (d, 2H); 7.3 (d, 3H)。
本发明所具有的优点：
1.成本低。本发明缓蚀剂有效成分为3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑，合成原料来源丰富，简单易得，价格低廉。
2.低毒环保。本发明缓蚀剂与目前常用的酸化缓蚀剂和传统的有机碳钢缓蚀剂相比，能够在太阳光照下自然降解为无毒或低毒物质，不会给环境带来负面影响，符合环境友好型缓蚀剂的发展趋势。
3.高效性。本发明缓蚀剂在使用过程中只要添加少量即可起到有效抑制碳钢在酸性介质中的腐蚀，具有优良的缓蚀性能，缓蚀效率可达96%-98%。
4.持久性好。本发明缓蚀剂具有一定的持久性，能够长时间保持较高的缓蚀性能。
具体实施方式
本发明采用动电位极化曲线和电化学交流阻抗两种电化学方法对缓蚀剂进行了缓蚀性能评价。虽然两种方法获得的缓蚀效率有稍微的差异，但两种方法的总趋势是基本吻合的，可以看出在不同条件下该化合物均具有优良的缓蚀性能。
实施例1
3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑的合成，其最终的化学反应过程如式二为：
式二。
将摩尔比1:1的4-苯乙酮与噻吩甲醛在氢氧化钠的乙醇水溶液中反应，常温下搅拌反应12h，减压抽滤得到黄色的1-苯基-3-噻吩基丙烯酮（I）；将得到的1-苯基-3-噻吩基丙烯酮（I）与缩氨基硫脲按照摩尔比1:1在氢氧化钠的乙醇水混合溶液中反应，加热回流，磁力搅拌10h，TLC跟踪反应，反应完全后，倾倒入冰水中，然后经减压抽滤、水洗、乙醇重结晶得到淡黄色晶体，得到3-苯基-5-噻吩基-1-氨基硫代甲酰基-2-二氢吡唑（II）；将得到3-苯基-5-噻吩基-1-氨基硫代甲酰基-2-二氢吡唑（II）加入到等摩尔比的α-溴代苯乙酮的乙醇溶液中，回流反应2h，反应结束后，倾倒入冰水中，然后经减压抽滤、水洗，甲苯重结晶得到产物3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑（III）。
将上述所得化合物（III）进行缓蚀性能评价实验，条件：实验材料为Q235碳钢，成分为（mass %）：C 0.17、Si 0.46、Mn 0.0047、 S 0.17、P 0.0047、其余为Fe， 3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑配成缓蚀剂，介质为1.0 mol/L的盐酸溶液，超声溶解30min，将碳钢电极浸没于加入缓蚀剂的介质中，浸泡1h，温度为25℃，其中用量为1.0L，介质中3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑加入量为0.005g。
通过实验测试获得缓蚀效率分别为：动电位极化曲线83.7%，电化学阻抗谱85.4%，由此表明该缓蚀剂具有用量低、效率高的优点。
实施例2
将上述所得化合物进行缓蚀性能评价实验，条件：实验材料为Q235碳钢，成分为（mass %）：C 0.17、Si 0.46、Mn 0.0047、 S 0.17、P 0.0047、其余为Fe，3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑配成缓蚀剂，介质为1.0 mol/L的盐酸溶液，超声溶解30min，将碳钢电极浸没于加入缓蚀剂的介质中，浸泡1h，温度为25℃，其中用量为1.0L，介质中3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑加入量为0.010g。
通过实验测试获得缓蚀效率分别为：动电位极化曲线90.5%，电化学阻抗谱91.3%，由此表明该缓蚀剂具有用量低、效率高的优点。
实施例3
将上述所得化合物进行缓蚀性能评价实验，条件：实验材料为Q235碳钢，成分为（mass %）：C 0.17、Si 0.46、Mn 0.0047、 S 0.17、P 0.0047、其余为Fe，3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑配成缓蚀剂，介质为1.0 mol/L的盐酸溶液，超声溶解30min，将碳钢电极浸没于加入缓蚀剂的介质中，浸泡1h，温度为25℃，其中用量为1.0L，介质中3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑加入量为0.020g。
通过实验测试获得缓蚀效率分别为：动电位极化曲线93.6%，电化学阻抗谱94.7%，由此表明该缓蚀剂具有用量低、效率高的优点。
实施例4
将上述所得化合物进行缓蚀性能评价实验，条件：实验材料为Q235碳钢，成分为（mass %）：C 0.17、Si 0.46、Mn 0.0047、 S 0.17、P 0.0047、其余为Fe，3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑配成缓蚀剂，介质为1.0 mol/L的盐酸溶液，超声溶解30min，将碳钢电极浸没于加入缓蚀剂的介质中，浸泡1h，温度为25℃，其中用量为1.0L，介质中3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑加入量为0.040g。
通过实验测试获得缓蚀效率分别为：动电位极化曲线95.1%，电化学阻抗谱96.4%，由此表明该缓蚀剂具有用量低、效率高的优点。
实施例5
将上述所得化合物进行缓蚀性能评价实验，条件：实验材料为Q235碳钢，成分为（mass %）：C 0.17、Si 0.46、Mn 0.0047、 S 0.17、P 0.0047、其余为Fe，3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑配成缓蚀剂，介质为1.0 mol/L的盐酸溶液，超声溶解30min，将碳钢电极浸没于加入缓蚀剂的介质中浸泡1h，，温度为25℃，其中用量为1.0L，介质中3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑加入量为0.100g。
通过实验测试获得缓蚀效率分别为：动电位极化曲线96.4%，电化学阻抗谱97.8%，由此表明该缓蚀剂具有用量低、效率高的优点。
实施例6
将上述所得化合物进行缓蚀性能评价实验，条件：实验材料为Q235碳钢，成分为（mass %）：C 0.17、Si 0.46、Mn 0.0047、 S 0.17、P 0.0047、其余为Fe，3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑配成缓蚀剂，介质为1.0 mol/L的盐酸溶液，超声溶解30min，将碳钢电极浸没于加入缓蚀剂的介质中浸泡10天，，温度为25℃，其中用量为1.0L，介质中3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑加入量为0.100g。
通过实验测试获得缓蚀效率分别为：动电位极化曲线97.5%，电化学阻抗谱98.2%，由此表明该缓蚀剂具有较长时间下的高缓蚀效率。
实施例7
将上述所得化合物进行缓蚀性能评价实验，条件：实验材料为Q235碳钢，成分为（mass %）：C 0.17、Si 0.46、Mn 0.0047、 S 0.17、P 0.0047、其余为Fe，3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑配成缓蚀剂，介质为1.0 mol/L的盐酸溶液，超声溶解30min，将碳钢电极浸没于加入缓蚀剂的介质中浸泡20天，温度为25℃，其中用量为1.0L，介质中3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑加入量为0.100g。
通过实验测试获得缓蚀效率分别为：动电位极化曲线98.6%，电化学阻抗谱98.9%，由此表明该缓蚀剂具有较长时间下的高缓蚀效率。
Claims (5)
1.一种噻唑基二氢吡唑化合物作为酸化缓蚀剂的应用，其特征在于：噻唑基二氢吡唑化合物为3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑，结构式如式一所示：
式一。
2.根据权利要求1所述的噻唑基二氢吡唑化合物作为酸化缓蚀剂的应用，其特征在于：所述3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑作为碳钢盐酸酸洗缓蚀剂，对盐酸介质中的碳钢制品进行腐蚀防护。
3.根据权利要求2所述的噻唑基二氢吡唑化合物作为酸化缓蚀剂的应用，其特征在于：所述的盐酸介质为摩尔浓度为1.0mol/L的盐酸溶液。
4.根据权利要求2所述的噻唑基二氢吡唑化合物作为酸化缓蚀剂的应用，其特征在于：采用3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑作为盐酸酸洗缓蚀剂时，将3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑溶于1.0 mol/L的盐酸溶液中，接着在室温下对混合溶液超声分散30min，使之完全溶解，室温搅拌均匀即可。
5.根据权利要求2所述的噻唑基二氢吡唑化合物作为酸化缓蚀剂的应用，其特征在于：将碳钢制品浸没于加入3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑的1.0mol/L盐酸溶液中，浸没时间1h，浸没温度为25℃，其中每升盐酸溶液中3-苯基-1-(4-苯基-2-噻唑基)-5-(-2-噻吩基)-4,5-二氢吡唑加入量为5 mg～100mg。
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