2-(n-морфолил)-4-метилпиридин в качестве ингибитора кислотной коррозии стали

 

Изобретение относится к новому химическому соединению - 2-(N-морфолил)-4-метилпиридину, который может быть использован в качестве ингибитора кислотной коррозии стали при кислотной обработке скважин или на нефтеперерабатывающих заводах. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к новым химическим соединениям, конкретно, 2-(N-морфолил)-4-метилпиридину общей формулы (1), который может быть использован в качестве ингибитора кислотной коррозии стали.

Коррозия стального оборудования промышленных объектов при их контакте с водными растворами минеральных кислот приносит значительный ущерб народному хозяйству. На сегодняшний день наиболее эффективным способом защиты стального оборудования промышленных объектов является применение ингибиторов кислотной коррозии стали.

Известен ингибитор кислотной коррозии стали - катапин Б-300 /[1], Каталог "Ингибиторы коррозии", М.: 1975, с.61/, который при концентрации 0.5 вес. % в 20% растворе HCl при 20^oC защищает сталь от коррозии на 97%. Основным недостатком известного ингибитора является сравнительно большой (0.5 вес.%) расход, что делает его невыгодным для широкого применения в промышленности.

Известный в промышленности ингибитор кислотной коррозии - пиридин /[2], А. Алцибеева, С.Левин. Ингибиторы коррозии металлов. Изд. "Химия", Л., 1968, с. 20/ защищает сталь от коррозии в 10% растворе соляной кислоты при 20^oC на 71.4% (при концентрации пиридина 0.4%). Недостатками известного ингибитора являются: относительно низкая степень защиты стали от коррозии (~71%), сравнительно большой расход ингибитора, высокая токсичность и летучесть пиридина, затрудняющие его крупномасштабное применение.

Целью изобретения является выявление новых производных пиридина, позволяющих при использовании их в качестве ингибитора кислотной коррозии придавать стали повышенный защитный эффект.

Поставленная цель достигается синтезом 2-(N-морфолил)-4-метилпиридина формулы (1).

Предлагаемое соединение получают смешиванием в атмосфере инертного газа эквимольных количеств мофолина c этилмагнийбромидом (EtMgBr) в тетрагидрофуране (ТГФ) с последующим перемешиванием при температуре ~ 40^oC в течение 2 ч. Реакция сопровождается выделением этана. Реакционную массу охлаждают до ~ 0^oC, добавляют каталитическое количество (2-5 мол.% по отношению к морфолину) палладиевого катализатора (Pd[PPh₃]₄) и эквимольное по отношению к морфолину количество 2-бром-4-метилпиридина, перемешивают при температуре 30-50^oC в течение 6-10 ч. Получают 2-(N-морфолил)-4-метилпиридин с выходом 75-94% по схеме: Испытания защитного действия 2-(N-морфолил)-4-метилпиридина в качестве ингибитора коррозии углеродистых сталей в кислых средах проводились в лабораторных условиях. В качестве рабочих сред использовались 15% раствор HCl и 20% раствор H₂SO₄.

Предварительно обработанные для коррозионных испытаний образцы стали СТ. 3 ГОСТ 380-71 помещают в рабочую среду на определенное время (τ) при 20^oC. По истечении времени экспозиции образцы подвергают соответствующей обработке, взвешивают с точностью до 0,0001 г. Скорость коррозии (ρ), степень защиты стали (Z) ингибитора металла от коррозии определяют в соответствии с формулами (2) и (3).

(2) где Δm - изменение массы, г; S - площадь образца, м²; τ - время испытания, ч;
(3)
где ρ₁ - скорость коррозии в среде без ингибитора;
ρ₂ - скорость коррозии в ингибированной среде.

Как показывают результаты испытаний, предлагаемый ингибитор проявляет высокий ингибирующий эффект 93.1-95.6% при концентрации ингибитора 0.05-0.1% вес, тогда как пиридин при концентрации 0.4 мас.% защищает сталь от коррозии только на 71.4%. Для получения равного эффекта защиты необходимо израсходовать катапина Б-300 в 5-10 раз больше (0.5 вес.%).

Таким образом, 2-(N-морфолил)-4-метилпиридин проявляет ингибирующие свойства (93.1-95.6%) при низком расходе реагента (0.05-0.1 вес.%).

Предлагаемый ингибитор кислотной коррозии стали предполагает возможность его применения в областях промышленности, где имеет место контактирование металлов с водными растворами минеральных кислот, в частности, при кислотной обработке скважин или на нефтеперерабатывающих заводах.

Синтез 2-(N-морфолил)-4-метилпиридина иллюстрируется примером.

Пример. К 10 ммоль EtMgBr в растворе ТГФ в атмосфере аргона добавляют 10 ммоль морфолина и перемешивают 2 ч при температуре ~40^oC. Реакция сопровождается выделением этана. Далее при температуре ~ 0^oC добавляют 0,3 ммоль Pd(PPh₃)₄ и 10 ммоль 2-бром-4-метилпиридина, перемешивают при температуре ~ 40^oC 8 часов (общее время 10 ч). Реакционную массу охлаждают до ~20^oC, добавляют насыщенный раствор NH₄Cl, органический слой экстрагируют эфиром, сушат MgSO₄. Получают 2-(N-морфолил)-4-метилпиридин с выходом 83%. Т кип. 98-99^oC (2 мм рт.ст.), n_D²⁰ 1,5682, ИК-спектр (V, см^-1): 1245, 1125, 780, 750. Спектр ПМР ( δ, м.д.): 2.29 с (3H, CH₃), 3.58 - 3.66 м (4H, CH₂, N), 3.73 - 3.95 м (4H, CH₂O), 6.80 - 8.57 м (3H, пиридиновые) M⁺ 178.

Данные, иллюстрирующие защитные свойства 2-(N-морфолил)-4-метилпиридина, приведены в таблице.

Формула изобретения

2-(N-морфолил)-4-метилпиридин формулы

в качестве ингибитора кислотной коррозии стали.

РИСУНКИ

Рисунок 1