Acetophenone-based molecules decorated with corrosion inhibitive motifs for remediation of carbon steel corrosion in 15% HCl. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF RAHAF AL-OTAIBI - MS thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 26 June 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

أدت مجموعة من الأسيتوفينونات المستبدلة في الموقع بارا 1a-c [p-X-Ar-C(=O)Me، حيث a, X=H، وb, X=OMe، وc, X=OCH₂C≡CH] إلى تكوين عدة مركبات كيتونية غير مشبعة جديدة مشتقة من الأسيتوفينون 2a-c [2-(هيدروكسيميثيل)-1-(بارا-X-فينيل) بروب-2-ين-1-ون] [أي p-X-Ar-C(=O)CH(CH₂OH)=CH₂]، وذلك من خلال تفاعل تكاثف تحت تحفيز قاعدي مع الفورمالدهيد في وسط مائي. كما أدت الأسيتوفينونات 1a-c، من خلال تكسير الفورمالدهيد في الميثانول تحت تحفيز قاعدي، إلى إنتاج المركبات 3a-c [3-هيدروكسي-2-(هيدروكسيميثيل)-1-(بارا-X-فينيل) بروبان-1-ون]، والتي أعطت عند إزالة الميثانول تحت تحفيز حمضي المركبات 4a-c [2-(ميثوكسي ميثيل)-1-(4-ميثوكسي فينيل) بروب-2-ين-1-ون]. احتوت كل من المركبات 2a-c و4a-c على الهيكل البنائي لمركب فينيل فينيل كيتون [أي Ph-(C=O)C=C]. خضع المركب 4c الذي يحتوي على مجموعة ألكاين نهائية لتفاعل Click مع بيوتيل أزايد ليعطي مشتق ثلاثي الآزول 5 بنسبة ناتج ممتازة. بشكل عام، تم استخدام 13 مركبًا من مثبطات الأسيتوفينون 1a-c، 1d (X=OH)، 2a-c، 3a-c، و4a-c في دراسة التآكل بغرض تثبيط تآكل الفولاذ الكربوني في محلول HCl تركيز 15% عند درجة حرارة 333 كلفن بوجود وغياب 0.5 مليمول من المثبط. أظهرت المركبات 1a (R = H)، 1b (R = OMe)، و1d (R = OH) فعالية منخفضة كمثبطات بنسبة حوالي 12%، في حين أن المركب 1c الذي يحتوي على مجموعة بروبارجيل أوكسي أعطى حماية أفضل بنسبة 50%. أما مركبات المثبط 2a، 2b، و2c فقد أعطت نسب تثبيط 64.3%، 85.1%، و83.7% على التوالي، في حين أعطت المركبات 3a، 3b، و3c نسب حماية بلغت 67.3%، 71.6%، و81.1% على التوالي. بينما كانت نسب التثبيط للمركبات 4a، 4b، و4c هي 74.6%، 84.0%، و88.5% على التوالي. وبما أن المركب 4c أظهر أفضل أداء من حيث التثبيط، فقد تم إجراء دراسة تفصيلية له باستخدام تراكيز مختلفة (0.0156–1.0 مليمول) عند درجات حرارة 303، 313، 323، و333 كلفن. عند 303 كلفن في 15% HCl، كانت نسب التثبيط لتراكيز المثبط 0.0156، 0.0313، 0.0625، 0.125، 0.25، 0.5، و1.0 مليمول هي 30%، 54.1%، 78.2%، 92.0%، 94.2%، 99.2%، و99.5% على التوالي. اتبعت عملية الامتزاز عند درجات الحرارة المختلفة نموذج تيمكن (Temkin isotherm)، ومنه تم حساب قيم ΔG وΔH وΔS لتكون –(41-45) كيلوجول/مول، +3.25 كيلوجول/مول، و+145.6 جول/مول.كلفن على التوالي. كشفت البيانات الحركية في مدى درجات الحرارة من 303 إلى 333 كلفن أن قيم Ea وΔH# وΔS# عند تركيز مثبط 0.5 مليمول كانت 133 كيلوجول/مول، 131 كيلوجول/مول، و180 جول/مول.كلفن على التوالي، بينما في غياب المثبط كانت القيم 61.3 كيلوجول/مول، 58.6 كيلوجول/مول، و–20.8 جول/مول.كلفن على التوالي. دعمت تقنيات القياسات الكهروكيميائية (استقطاب ديناميكي PDP، مقاومة الاستقطاب الخطية LPR، ومطيافية الممانعة الكهروكيميائية EIS) النتائج التي تم الحصول عليها من قياسات الوزن. فعلى سبيل المثال، أظهرت تقنية PDP عند درجة حرارة الغرفة نسب تثبيط 63.3%، 90.2%، 92.5%، 97.1%، 98.2%، 99.9%، و99.7% لتراكيز المثبط 0.0313، 0.0625، 0.125، 0.250، 0.500، 1.00، و1.50 مليمول على التوالي. كما أظهرت مخططات تافل Tafel انتقال قيم Ecorr نحو الاتجاه الآنودي، مما يدل على أن التآكل يخضع لتحكم الآنود. أظهر المثبط 4c تأثيرًا تآزريًا في وجود KI. فعند استخدام 4c بتركيز 0.5 و1.0 مليمول، كانت نسب التثبيط 88.5% و94.4% على التوالي، بينما في وجود KI بتركيز 6.3 مليمول، ارتفعت النسب إلى 98.5% و99.5% مع قيم معاملات تآزرية بلغت 4.08 و5.35 على التوالي. تم فحص الكوبونات المتآكلة والعينات الفارغة بواسطة SEM/EDX وFTIR، وأكدت النتائج حدوث امتزاز لجزيئات المثبط على سطح المعدن. لقد أظهر المثبط 4c فعالية ممتازة كمادة مانعة للتآكل، مما يمهد لتطبيقه في صناعة النفط.

English Abstract

A variety of p-substituted acetophenones 1a-c [p-X-Ar-C(=O)Me, a, X=H, b, X=OMe, c, X= OCH2C≡CH] under base-catalyzed condensation with paraformaldehyde in aqueous system led to the synthesis of several new acetophenone-derived ,-unsaturated ketones 2a-c [2-(hydroxymethyl)-1-(p-X-phenyl)prop-2-en-1-one] [i.e. p-X-Ar-C(=O)CH(CH2OH)=CH2]. Acetophenones 1a-c under bas-catalyzed cracking of paraformaldehyde in methanol afforded 3a-c [3-hydroxy-2-(hydroxymethyl)-1-(p-X-phenyl)propan-1-one] which upon acid-catalyzed elimination of methanol led to 4a-c [2-(methoxymethyl)-1-(4-methoxyphenyl)prop-2-en-1-one]. Both 2a-c and 4a-c contained the structural skeleton of phenyl vinyl ketone [i.e. Ph-(C=O)C=C]. Compound 4c having terminal alkyne motifs underwent Click reaction with butyl azide to give triazole derivative 5 in excellent yield. Overall, 13 acetophenone-based inhibitor molecules 1a-c, 1d (x=OH), 2a-c, 3a-c, 4a-c were utilized in the corrosion study to inhibit carbon steel corrosion in 15% HCl at 333 K in the absence and presence of 0.5 mM inhibitor molecules. Acetophenones 1a (R = H), 1b (R = OMe), and 1d (R = OH) imparted low inhibition efficiencies of around 12%, while 1c bearing propargyloxy group gave a better protection of 50%. Inhibitor molecules 2a, 2b, and 2c imparted IEs of 64.3, 85.1 and 83.7%, respectively. While 3a, 3b, and 3c gave protection of 67.3, 71.6, and 81.1%, the respective IEs for 4a, 4b, and 4c were found to be 74.6, 84.0, and 88.5%, respectively. Since 4c offered the best protection, it was undertaken for in-depth study using its various concentrations (0.0156-1.0 mM) at various temperatures of 303, 313, 323, and 333 K. At 303 K in 15% HCl, IEs for inhibitor concentration of 0.0156, 0.0313, 0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, and 1.0 mM were determined to be 30, 54.1, 78.2, 92.0, 94.2, 99.2, and 99.5%, respectively. The adsorption at various temperatures followed Temkin isotherm model from which G, H, and S were found to be –(41-45 kJ mol-1), +3.25 kJ mol-1, and +145.6 J mol-1 K-1, respectively. Kinetic data in the temperature range 303-333 K revealed the value of Ea, H# and S# as 133 kJ mol-1, 131 kJ mol-1, and 180 J mol-1 K-1, respectively, at an inhibitor concentration of 0.5 mM, while the respective values in the absence of the inhibitor were found to be 61.3 kJ mol-1, 58.6 kJ mol-1, and -20.8 J mol-1 K-1. Potentiodynamic polarization (PDP), Linear polarization resistance (LPR), and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) technique all supported the results obtained from gravimetric measurements. For instance, at ambient temperature, PDP technique revealed IEs of 63.3, 90.2, 92.5, 97.1, 98.2, 99.9, and 99.7% for inhibitor concentrations of 0.0313, 0.0625, 0.125, 0.250, 0.500, 1.00 and 1.50 mM, respectively. In the Tafel plots the Ecorr values shifted to anodic direction, thereby implying the corrosion under anodic control. Inhibitor 4c in the presence of KI demonstrated synergism. Thus, 4c at 0.5 and 1.0 mM showed IEs of 88.5 and 94.4%, respectively, while in the presence of KI (6.3 mM), the respective IEs were 98.5 and 99.5% with synergistic parameters of 4.08 and 5.35. The corroded and blank coupons were examined by SEM/EDX and FTIR which confirmed the adsorption of inhibitor molecule on the metal surface. Inhibitor 4c has shown excellent inhibitive action thereby paving the application in the petroleum industry.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry Research > Corrosion Petroleum
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Shaikh, Ali Asrof
Committee Members:	Mazumder, Mohammad Abu Jafar and Al-Betar, Abdulrahman
Depositing User:	RAHAF ALOSAIMI (g202302510)
Date Deposited:	26 Jun 2025 12:05
Last Modified:	26 Jun 2025 12:05
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143553