Surface Protection of Carbon Steel in Acidizing Environments by Electron-Rich α, β-Unsaturated Ketone Inhibitors. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (MS Thesis) Mohd_Aamir_Final_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 21 December 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

تم تصميم وتخليق مشتقات الأسيتوفينون الغنية بالإلكترونات لتقييم أدائها كمثبطات للتآكل للفولاذ الكربوني تحت ظروف التحميض. تم ألكلة مركب p-هيدروكسي أسيتوفينون (1) ‎[p-HO-Ar-C(=O)Me]‎ باستخدام ثنائي بروم الإيثيلين وكربونات البوتاسيوم لإنتاج p-(2-بروموإيثوكسي) أسيتوفينون (2) ‎[p-BrCH₂CH₂O-Ar-C(=O)Me]‎ بعائد ممتاز. بعد ذلك، خضع المركب (2) لتفاعل تكاثف محفز بالقاعدة (NaOH) مع الفورمالدهيد المتعدد في الميثانول لتكوين مركب جديد من مشتقات الأسيتوفينون (3) ‎[2-ميثوكسي ميثيل-3-ميثوكسي-1-(p-2-بروموإيثوكسي فينيل) بروبان-1-ون]‎. خضع المركب (3) لتفاعل حذف محفز بالحمض لإزالة الميثانول، ما أدى إلى تكوين (4) ‎[2-(ميثوكسي ميثيل)-1-(p-2-بروموإيثوكسي فينيل) بروب-2-إن-1-ون]‎. تفاعل المركب (4) بعد ذلك مع البيريدين وN,N-ثنائي ميثيل دوديسيل أمين لتكوين أملاح البروميد المقابلة (5) و**(6)** بعوائد ممتازة. كما تم تحويل البروميد (2) إلى الملح الرباعي (7) بنفس القاعدة الأمينية. تم اختبار المركبات (1–7) كمثبطات للتآكل في محلول 15% HCl عند 333 كلفن (0.25 مليمول/لتر). أظهرت الأسيتوفينونات البسيطة (1–3) كفاءات تثبيط بلغت 9.1، 22.3، و65.0% على التوالي. أدى إدخال مجموعة الكيتون α,β غير المشبعة إلى تحسين الأداء بشكل كبير، حيث حققت المركبات (4–6) كفاءات 78.4، 86.3، و94.4% على التوالي. لوحظ أيضًا أن وجود السلسلة الكارهة للماء C₁₂ في الملح (7) منح كفاءة مرتفعة بلغت 90.1% رغم غياب نظام الإينون المترافق، مما يؤكد أهمية الطبيعة الأمفيبيلية للجزيء. تمت دراسة المثبط الأفضل أداءً (6) بتركيزات تتراوح بين 0.001–1.0 مليمول/لتر عند درجات حرارة 303، 313، 323، و333 كلفن. في محلول 15% HCl عند 303 كلفن، أظهرت النتائج كفاءات تثبيط بلغت 24.6، 62.3، 75.3، 87.5، 94.9، و96.5% عند تراكيز 0.001، 0.002، 0.0039، 0.0078، 0.0156، و0.0313 مليمول/لتر على التوالي. اتبع الامتزاز نموذج لانجموير، حيث بلغت قيم ‎ΔG_ads = –41.8 إلى –45.4 kJ·mol⁻¹‎، ‎ΔH_ads = –82.1 kJ·mol⁻¹‎، و‎ΔS_ads = –120 J·mol⁻¹·K⁻¹‎، مما يشير إلى عملية امتزاز تلقائية، ناشرة للحرارة، يغلب عليها الطابع الكيميائي. أظهر التحليل الحركي (303–333 كلفن) قيم Eₐ = 126 kJ·mol⁻¹، ‎ΔH‡ = 123 kJ·mol⁻¹‎، و‎ΔS‡ = 164 J·mol⁻¹·K⁻¹‎ عند 0.0313 مليمول/لتر (16 جزء في المليون)، مقارنة بالنظام غير المثبط الذي أظهر قيمًا أقل بكثير (70.0، 67.3، و6.05 على التوالي). أكدت تقنيات الاستقطاب الجهد-الديناميكي (PDP)، ومقاومة الاستقطاب الخطي (LPR)، ومطيافية الممانعة الكهروكيميائية (EIS) النتائج الوزنية. فعند درجة الحرارة المحيطة، أظهرت تقنية PDP كفاءات تثبيط بلغت 69.0، 84.6، 94.5، 97.5، 98.8، 98.7، 99، 99.1، و99% لتراكيز المثبط من 0.002 إلى 0.5 مليمول/لتر. لم تتغير قيم Ecorr بشكل ملحوظ في مخططات Tafel، مما يشير إلى أن التآكل يتم تحت سيطرة كل من التفاعلين الأنودي والكاثودي. أظهر المثبط (6) في وجود يوديد البوتاسيوم (KI) تأثيرًا تآزريًا واضحًا؛ إذ بلغت كفاءة التثبيط 81.8% عند 0.0625 مليمول/لتر، بينما ارتفعت إلى 97.9% بوجود KI (3.15 مليمول/لتر)، مع معامل تآزر قدره 5.14. كما أظهرت صور SEM/EDX وFTIR للعَيِّنات المتآكلة وغير المعالجة وجود طبقة ممتزة من جزيئات المثبط على سطح الفولاذ الكربوني.

English Abstract

Electron-rich acetophenone derivatives were designed and synthesized to evaluate their performance as corrosion inhibitors for carbon steel under acidizing conditions. p-Hydroxyacetophenone 1 [p-HO-Ar-C(=O) Me] was O-alkylated with ethylene dibromide/K₂CO₃ to give p-(2-bromoethoxy) acetophenone 2 [p-BrCH2CH2O-Ar-C(=O) Me] in excellent yield. Compound 2 under base (NaOH)-catalyzed condensation with paraformaldehyde in methanol led to the synthesis of new acetophenone-derived under bas-catalyzed cracking of paraformaldehyde in methanol afforded 3 [2-methoxymethyl-3-methoxy-1-(p-2-bromoethoxyphenyl)propan-1-one] [p-BrCH2CH2O-Ph-C(=O)CH (CH2OMe)2] which upon acid-catalyzed elimination of methanol led to 4 [2-(methoxymethyl)-1-(p-2-bromoethoxyphenyl)prop-2-en-1-one] [p-BrCH2CH2O-Ph-C(=O)C(=CH2) (CH2OMe)]. Compound 4 upon quaternization with pyridine and N, N-dimethyldodecylamine gave the corresponding bromide salts 5 and 6 [p-CH3(CH2)11N+(Me2) CH2CH2O-Ph-C(=O) C(=CH2) (CH2OMe Br-)] in excellent yields. Bromide 2 upon quaternization with N, N-dimethyldodecylamine the corresponding bromide salts 7 [p-( CH3(CH2)11N+(Me2) CH2CH2O)-Ar-C(=O) Me Br-]. Compounds 1–7 were screened as inhibitors in 15% HCl at 333 K (0.25 mM). The simple acetophenones 1–3 displayed modest inhibition efficiencies (IE) of 9.1, 22.3, and 65.0%, respectively. Introducing an α, β-unsaturated ketone motif markedly enhanced performance: compounds 4–6 achieved IEs of 78.4, 86.3, and 94.4%, respectively. Notably, the hydrophobic C₁₂ chain in salt 7 delivered a high IE of 90.1% despite the absence of the conjugated enone, underscoring the importance of amphiphilicity. Inhibitor 6, the best performer, was examined in detail (0.001–1.0 mM) at 303, 313, 323, and 333 K. In 15% HCl at 303 K, IEs of 24.6, 62.3, 75.3, 87.5, 94.9, and 96.5% were obtained at 0.001, 0.002, 0.0039, 0.0078, 0.0156, and 0.0313 mM, respectively. Adsorption at different temperatures followed the Langmuir isotherm among the other adsorption isotherms withGads = –41.8 to –45.4 kJ·mol⁻¹,Hads = –82.1 kJ·mol⁻¹, and Sads = –120 J·mol⁻¹·K⁻¹, indicating spontaneous, exothermic, and predominantly chemisorptive binding. Kinetic analysis (303–333 K) gave Ea = 126 kJ·mol⁻¹, H# = 123 kJ·mol⁻¹, and S# = 164 J·mol⁻¹·K⁻¹ at 0.0313 mM (16 ppm), versus 70.0 kJ·mol⁻¹, 67.3 kJ·mol⁻¹, and 6.05 J·mol⁻¹·K⁻¹ for the uninhibited system. 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 69.0, 84.6, 94.5, 97.5, 98.8, 98.7, 99, 99.1 and 99% for inhibitor concentrations of 0.002, 0.0039, 0.0078, 0.0156, 0.0313, 0.0625, 0.125, 0.25, and 0.5 mM. In the Tafel plots the Ecorr values did not shift to any significant way in the presence of the inhibitor, thereby implying the corrosion under both cathodic and anodic control. Inhibitor 6 in the presence of KI demonstrated synergism. Thus, 6 at 0.0625 mM showed IEs of 81.8, while in the presence of KI (3.15 mM), the IE was improved to 97.9% with synergistic parameter of 5.14. The corroded and blank coupons were examined by SEM/EDX and FTIR which confirmed the adsorption of inhibitor molecule on the coupon’s surface.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Asrof, Ali Shaikh
Committee Members:	Jafar Mazumder, Jafar and Hassan Al-Muallem, Hassan
Depositing User:	MOHD AAMIR (g202392510)
Date Deposited:	24 Dec 2025 11:08
Last Modified:	24 Dec 2025 11:08
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143813