咪唑啉结构及用途

咪唑啉结构及用途咪唑啉又称二氢咪唑（dihydroimidazole）有4,5-,2,5-和2,3-二氢咪唑三 种异构体，或根据双键位置又分别称为2-咪唑啉、3-咪唑啉和4-咪唑啉 基本结构如下：是强碱性、低熔点固体可溶于大多数有机溶剂，具有优良的起泡性、净 洗性、乳化性、耐硬水性、抗静电性和柔软织物等性能，且具有无毒、高 生物降解等特点，还具有杀菌和消毒的能力更为重要的是它对皮肤和眼 睛无刺激性它在酸性和碱性介质中均稳定，可同阴、阳、非离子表面活 性剂相伍2咪唑啉缓蚀剂缓蚀原理及特点咪唑啉本身并不重要，但其衍生物，尤其是2-咪唑啉的衍生物，在医药和 农药中很重要如2-苄基-4,5-二氢咪唑是血管扩张剂和降压药，2-羟甲基 -2-十七烷基-4,5-二氢咪唑用作苹果黑星病的杀菌剂烷基咪唑啉及其衍生 物在油田开采中广泛用作缓蚀剂、杀菌剂也用于工业清洗、纺织、合纤、 塑料加工、医疗卫生、采油、食品乳制品、造纸、印染、羽绒、皮革、金 属抛光等行业它是一种性能优良的，多功能表面活性剂用作缓蚀剂的咪唑啉一般由3部分组成，即具有1个含氮五元杂环，杂环 上与氮原子（N）成键的具有不同活性基团（如酰胺官能团、胺基官能团、 羟基）的亲水支链R1和含有不同碳链的烷基憎水支链R2。

用于油田管输 以及气井的缓蚀剂多是含氮化合物，其中以咪唑啉及其衍生物的用量最大, 其用量约占缓蚀剂总用量的90%左右；用于炼厂塔顶冷凝水的油溶性缓蚀 剂以及水溶性缓蚀剂也多含有咪唑啉类物质咪唑啉类缓蚀剂本质上是一种优良的表面活性剂，含有电负性较大的不饱 和双键和N原子，极易吸附在金属表面，形成一层致密的保护膜，咪唑 啉缓蚀剂的主要作用机理：以不同活性的基团（酰胺官能团，胺基官能团， 羟基等）与N成键形成亲水支链R1；含有不同碳链的烷基与环直接成键， 形成憎人水支链R2其结构式如下：亲水基可有效提高缓蚀剂的溶解性能，还可同金属表面发生化学吸附；憎 水基可在远离金属的表面形成疏水层，降低缓蚀剂的水溶性，有效阻止或 隔绝腐蚀性介质的接触和侵蚀改变这些基团可以调节缓蚀剂的碱性、亲 核性和给电子能力：憎水基中引入烷基碳链或酯基，对水分子的屏蔽效应 将会增强，不含烷基链的API （氨基丙烷基咪唑）作为缓蚀剂使用时不能 形成有效保护层，若取代基团中含有烷基链则可以帮助缓蚀剂形成保护层; 对于不同链长的烷基咪唑啉，缓蚀剂膜与金属结合的强度随链长的增加而 增大，当正构烷基碳链长度大于13时，疏水膜层致密覆盖度高；碳钢在 7OC20%HCl溶液中，咪唑啉环上R2端基为苯环时，缓蚀性大于直链 型基团，同系列中缓蚀性能随咪唑啉环与苯环上碳原子数目增加而增加， 苯环上的大n键可与咪唑啉环上的C=N键共轭，增大其稳定性。

因此， 可在咪唑啉环上引入苄基，增强与金属表面的吸附目前，R1，R2基团可 以影响缓蚀效果的观点已得到广泛的认同，但也有研究者认为，R1对缓蚀 效果几乎不起作用，R2中烃链的长度与缓蚀效果无关从协同效应方面看， 缓蚀剂与其他组分复配使用缓蚀效果较好：含有咪唑啉结构的缓蚀剂在金 属表面成膜，另一种含有一些特殊基团的缓蚀剂，起助剂作用如含s基 团依靠s元素的孤对电子吸附于金属，胺基可以和主剂螯合，使吸附膜更 加稳定和紧密咪唑啉的季铵盐与KI+CU2I2有很好的协同效应：咪唑啉 季铵盐在酸中以阳离子形式存在，钢铁由于腐蚀带正电荷，咪唑啉季铵盐 难以吸附在钢铁上，加入的I-吸附到Fe表面，使其带负电荷，有利于阳离 子的吸附咪唑啉衍生物还可与丙炔醇复配，丙炔醇中的不饱和键与腐蚀 产生的氢发生还原反应，形成双键在金属表面聚合，使保护膜更致密丙 炔醇的复配效果优于其他炔醇，因其碳碳叁键有活泼氢，易于脱落，保护 阳极从原子结构上看，咪唑啉上的大n键会有n电子进入Fe原子的空 d轨道，其反键轨道又可接受Fe原 子的反馈电子形成反馈键，从而形成 多中心的化学吸附一般来说，低浓度时，缓蚀剂分子平卧在金属表面， 属于单分子层吸附，符合Langmuir等温吸附曲线和热力学定律，缓蚀效 果随缓蚀剂浓度的增大而提高；浓度超过一定范围时，缓蚀剂分子之间排 斥力增大，倾向于垂直吸附，单个分子覆盖面积减小，缓蚀效果降低。

氮 原子上的孤对电子处于最高占据分子轨道，N—C—N键是P-n共轭体系, 当碳上的取代基为给电 子基团或形成共轭体系时，氮原子在金属表面的 吸附增强硫脲基的咪唑啉衍生物缓蚀剂随着HOMO（最高占据分子轨道） 能量的增大，电子越易供出，缓蚀剂与金属成键越牢固，缓蚀性能越高， LUMO （最低占据分子轨道）能量越低，缓蚀性能越好，硫脲基电荷分布特 殊，既可与带正电金属表面形成物理吸附，又能与金属d轨道形成反馈键， 形成更稳定的多中心吸附3咪唑啉缓蚀剂分类市场上咪唑啉缓蚀剂大体上有下油溶性咪唑啉和水溶性咪唑啉两大类由于水溶性咪唑啉缓蚀剂基本上是通过对油溶性咪唑啉中间体进行改性, 增加其分子中的亲水基，以增加其水溶性，通常有乙氧化和季铵化两类改 性而来因此，先在这里介绍油溶性咪唑啉，溶性咪唑啉一般由带有憎水 基团的有机酸与有机胺通过酰胺化，环化等反应形成烷基咪唑啉，其缓蚀 剂效果与咪唑啉上所接支链结构有较大关系常用的有机酸有环烷酸、油 酸、月桂酸、等等，合成对应的咪唑啉环烷酸咪唑包括改性后的水溶性 咪唑啉在使用效果上以及溶解性能上，都是非常好的，环烷酸主要来源于 炼油过程的副产，但是由于近年来对原油产率的需要，原油在炼制过程中 进行了深加工以增加汽柴油等收率，因此环烷酸产量越来越少，价格越来 越高，市面上环烷酸咪唑啉基本上已经消失；目前市面上大部分的咪唑啉 为油酸咪唑啉，这是一大类咪唑啉的统称，主要是根据合成所采取的油酸 来定，如：椰子油酸、蓖麻油酸等等，其效果上差别不是很明显，而妥尔 油酸是油酸和亚油酸少量的松香酸复合物，其合成咪唑啉在缓蚀剂效果上 由于多种咪唑啉的复合效果，其缓蚀性会比较明显，但是价格也相对比较 高，以进口为主。

月桂酸由于憎水基团偏小，其合成的咪唑啉容易导致油 水乳化，不适合用于炼厂塔顶冷凝水的缓蚀剂咪唑啉缓蚀剂单独用于缓蚀剂其效果不能够达到很多现场要求，需要根据 需要复配其它缓蚀剂进行协同增效水溶性咪唑啉缓蚀剂也分为两类，一类是阳离子性质的季铵盐咪唑啉，主 要用于酸性介质中的腐蚀抑制剂，也具有一定的杀菌效果，但在中性和碱 性条件下，其缓蚀效果并优良，另一类则是仅仅通过环氧化等措施增加其 水溶性的，在酸性介质中的缓蚀效果比较差，主要是用于中性和碱性条件 下的缓蚀剂，一般通过与其它缓蚀剂一起使用，利用其协同作用，增加其 缓蚀效果。