新型1,5-苯并二氮杂?衍生物的[3+2]环加成反应合成、量子化学研究及低碳钢在1M HCl中的缓蚀性能

　　本研究通过[3+2]环加成反应合成具有双亲电中心的1,5-苯并二氮杂?衍生物，结合DFT理论计算（B3LYP/6-311G(d,p)）和电化学测试（PP/EIS），揭示了其区域选择性机制及在1M HCl中对低碳钢的缓蚀性能（Inh1效率达97%），为多功能杂环化合物的设计与工业防腐应用提供新策略。

　　

在工业腐蚀防护和药物研发领域，开发兼具高效性与环境友好特性的多功能分子始终是研究热点。苯并二氮杂?类化合物因其独特的七元环共轭结构和多活性位点，在医药与材料科学中展现出双重应用潜力。然而，传统合成方法面临区域选择性控制难、反应机制不明确等问题，且针对酸性环境中金属防腐的分子设计缺乏系统性研究。

为解决上述问题，摩洛哥哈桑二世大学等机构的研究团队在《Journal of Molecular Structure》发表论文，通过实验与理论计算相结合的策略，设计合成新型1,5-苯并二氮杂?（1,5-BZD）衍生物，并系统研究其缓蚀性能。研究首先通过缩合反应构建含C=C与C=N双亲电中心的1,5-BZD 1，随后与腈氧化物进行[3+2]环加成，获得噁二唑-苯并二氮杂?（9）等杂环产物。借助¹
H/¹³
C NMR确认结构后，采用密度泛函理论（DFT）在B3LYP/6-311G(d,p)水平分析反应机制，结合分子静电势（MEP）和福井函数阐明区域选择性受热力学（缩合）与动力学（环加成）双重调控。电化学测试表明，化合物1（Inh1）和9（Inh2）在1M HCl中对低碳钢的缓蚀效率分别达97%和92%，通过双时间常数等效电路模型证实其两步吸附特性。

关键技术方法包括：1）核磁共振（NMR）结构表征；2）密度泛函理论（DFT）计算反应能垒与电子结构；3）动电位极化（PP）和电化学阻抗谱（EIS）评估缓蚀性能；4）使用含0.370% C的低碳钢电极进行腐蚀测试。

【化学合成】
通过缩合反应将1,5-BZD与糠醛转化为含双亲电中心的1,5-BZD 1，理论计算揭示五种可能的区域异构体（路径A-E），其中路径A（亚胺位点缩合）能垒最低（ΔG^?
=18.3 kcal/mol），与实验主产物一致。

【理论机制】
DFT计算显示，[3+2]环加成中C=N键反应能垒（12.7 kcal/mol）低于C=C键（15.2 kcal/mol），MEP分析证实N原子区域亲核性更强，与噁二唑产物9的选择性形成相符。

【缓蚀性能】
PP曲线表明Inh1/Inh2均为混合型缓蚀剂，使腐蚀电流密度（i_corr
）降低2个数量级。EIS数据拟合显示吸附过程符合Langmuir模型，膜电阻（R_ct
）提升至空白组的20倍。

【结论与意义】
该研究创新性地将杂环合成、量子化学计算与工业防腐应用相结合，不仅阐明1,5-BZD衍生物的区域选择性控制规律，更证明其作为绿色缓蚀剂的巨大潜力。Inh1分子中苯并七元环的高电子离域特性与吸附位点优化，为设计新一代多功能缓蚀剂提供理论依据。研究成果对化工设备防腐、药物分子设计等跨学科领域具有重要参考价值。