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7O℃20％HC1 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π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π键会有π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-π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