Korozyon inhibitörü olarak kullanılan bazı N-sübstitüe amino asitlerin kuantum mekaniksel olarak incelenmesi

Abstract

Korozyon inhibitörleri çalışma alanında, toksiklik, biyoparçalanabilirlik ve biyoakümülasyon kriterleri gibi korozyon inhibitörlerinin kullanımı ve deşarjı konularında katı kurallar ve düzenlemeler koyan farklı ülkelerdeki çevre kuruluşları nedeniyle, çevresel uyumluluk açısından çarpıcı değişiklikler yaşanmaktadır. Böylelikle, çevre dostu veya yeşil korozyon inhibitörleri olarak adlandırılan, minimum veya sıfır negatif etkiye sahip olan yeni korozyon inhibitörlerinin geliştirilmesi, daha önemli ve arzu edilir hale gelmiştir. Proteinlerin yapı taşları olan amino asitlerin sadece gıda ve biyoloji alanlarında değil metal endüstrisinde de kullanım alanları vardır. Zira amino asitler adsorpsiyon yoluyla metal yüzeyinde mikro boyutlardaki kalınlıklarda film şeridi oluşturup tutunarak metal yüzeyi ile su ve hava arasında bariyer görevi yapar. Adsorpsiyon, basitçe bir katı-sıvı veya katı-gaz ara yüzeyindeki konsantrasyon değişimi şeklinde ifade edilir. Konsantrasyon değişiminin pozitif olması ilgili metalin korozyona karşı olan direncini artırır ve korozyonun etkisini minimuma indirir. Amino asitlerin korozyon inhibitörleri olarak kullanımında en büyük avantaj, geleneksel asidik ve bazik korozyon inhibitörleri ile karşılaştırıldığında, çevre dostu olmaları ve toksik özellikler taşımamalarıdır. Bilimsel çalışmalar ve endüstriyel amaçlar doğrultusunda, metallerin korozyonunu önlemede amino asitler, literatürde önemli yer kaplamaktadır. Telegdi ve Beczner, N-hidroksimetil (NHM) glisin, fenilalanin, serin ve glutamik asit gibi çevre dostu yeni bileşikler sentezlemişlerdir. Bu tez çalışmasında önceden deneysel olarak incelenmiş olan ve iyi korozyon inhibisyon özelliği sergileyen bu NHM-amino asitlerinin korozyon inhibisyon etkinliklerini aydınlatmak amacıyla kuantum mekaniksel hesaplamalar kullanılmıştır. Bu amaçla bu çalışmada, söz konusu amino asit türevlerinin nötr haldeki özellikleri hakkında bilgi edinebilmek için, elektronik yapıları ile ilgili, kimyasal etkileşimlerin analizinde sıklıkla kullanılan molekül orbital analiz yöntemine başvurulmuştur. Kimyasal reaktivite en yüksek dolu moleküler orbitali (HOMO) ve en düşük boş moleküler orbital (LUMO) incelenerek anlaşılmıştır. Yöntem olarak yoğunluk fonksiyonel teorisi kullanılarak, B3LYP/6-311G++(d,p) baz seti seviyesinde, söz konusu bileşiklerin molekül yapıları ve inhibisyon etkinlikleri arasındaki ilişki incelenmiştir. En yüksek dolu moleküler orbital enerjisi (EHOMO), en düşük boş moleküler orbital enerjisi (ELUMO), enerji boşluğu (ΔE), dipol moment (μ), elektronegativite (χ) ve sertlik (η) gibi çeşitli kuantum kimyasal parametreler ele alınmıştır. Elde edilen teorik veriler ile deneysel inhibisyon etkinliklerinin açıklanabildiği sonucuna varılmıştır.

The field of corrosion inhibitors is undergoing dramatic changes from the viewpoint of environmental compatibility, due to the environmental agencies in different countries which have imposed the strict rules and regulations for the use and discharge of corrosion inhibitors, like toxicity, biodegradability and bioaccumulation criterions. Thus, the development of novel corrosion inhibitors with a minimal or zero negative effects has been considered to be more important and desirable, so called eco-friendly or green corrosion inhibitors. The amino acids which are being used usually in food and biology fields has also an area of usage in metal industry. Since amino acids act as a barrier between the metal surface and water and air through adsorption which film strips of micro-sized thicknesses are formed on the metal surface. Adsorption is simply expressed as a solid-liquid or concentration change at the solid-gas interface. Positive change in concentration increases the resistance of metal to corrosion and reduces it to a minimum. The most advantageous of using amino acids as corrosion inhibitors is that they are environmentally friendly and do not possess toxic properties when compared to the traditional acidic and basic corrosion inhibitors. Amino acids take an important place for corrosion protection of metals with scientific studies and industrial purposes. Telegdi and Beczner have synthesized novel compounds such as N-hydroxymethyl (NHM) glycine, phenylalanine, serine and glutamic acid. In this thesis study, quantum mechanical calculations are used to enlighten the corrosion inhibition efficiency of these NHM-amino acids which have been investigated experimentally and exhibit good corrosion inhibition properties. Herein, to gain insight about the properties of these derivatives in their neutral forms, a molecular orbital analysis which is widely used in the analysis of chemical interactions and provide much useful information on electronic structures of these derivatives was referred. The chemical reactivity was determined by examining the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO). Calculations were performed in order to examine the relationship between molecular structures and inhibition efficiencies of the corresponding compounds at the level of B3LYP/6-311G++(d,p) basis set using density functional theory. Quantum chemical parameters such as the highest filled molecular orbital energy (EHOMO), the lowest empty molecular orbital energy (ELUMO), energy vacancy (ΔE), dipole moment (μ), electronegativity (χ) and hardness (η) have been considered. It has been concluded that experimental inhibition efficiencies could be explained by the obtained theoretical data.