Autores
Santoro, A.S. (UFF) ; Campos, V.R. (UFF) ; Ponzio, E.A. (UFF)
Resumo
Os problemas gerados pela corrosão representam um grande prejuízo econômico para
o setor de petróleo e gás, não somente devido aos gastos com inspeção,
manutenção e perdas de estruturas, mas também pela ocorrência de acidentes que
colocam em risco a saúde humana e a preservação do meio ambiente. Diante disto,
neste trabalho pretendeu-se realizar a síntese dos novos híbridos 1,2,4-triazol-
isatina em duas etapas reacionais, sendo a primeira consistindo na síntese dos
precursores amino-triazólicos e a segunda etapa na reação destes com a isatina
apresentando rendimentos entre 82-92% e 24-30%, respectivamente. A substâncias
sintetizadas foram avaliadas como inibidor de corrosão do aço-carbono em HCl 1
mol/L por ensaios gravimétricos de perda de massa, obtendo-se eficiências de
50,2 a 84,7%.
Palavras chaves
1,2,4-triazol; isatina; inibidor de corrosão
Introdução
Diversas estratégias são implementadas pelo setor de petróleo e gás para
aumentar a produtividade de um poço. Dentre elas, destaca-se a estimulação ácida
de poços, uma técnica aplicada em unidades offshore, inclusive no pré-sal
brasileiro. Nestes processos muitos dos equipamentos e estruturas empregadas são
constituídos por aço carbono devido ao seu ótimo custo-benefício se comparado a
outros tipos de materiais.(API, 2014; IABr, 2020) Todavia, é imprescindível
destacar que as estruturas de aço carbono têm sua integridade afetada quando
expostos a ambientes agressivos, tais como meios salinos e ácidos, sendo a
indústria petroquímica uma das mais atingidas pelos prejuízos da corrosão.
Estima-se, por exemplo, que cerca de 20% do aço produzido seja destinado a
reposição de peças, partes de equipamentos e/ou trechos de instalações
corroídas, ou seja, o equivalente a cerca de 400 mil toneladas, tendo como base
a produção de aço mundial em 2021. (FRAUCHES-SANTOS et al., 2014; NACIRI et al.,
2020; WSA, 2021) Desta forma, medidas de prevenção e mitigação da corrosão são
frequentemente avaliadas nos processos de produção de petróleo. Uma das medidas
que viabiliza o processo é a adição de inibidores de corrosão ao fluído de
acidificação. Entretanto, há uma carência por inibidores cada vez mais
eficientes, que atendam às especificações particulares do setor. (CARNEVAL,
2021; GENTIL, 2017) Dentre os núcleos relatados na literatura como potenciais
inibidores de corrosão, o 1,2,4-triazol e a isatina vêm ganhando notoriedade nos
últimos anos devido a algumas características estruturais como presença de
átomos doadores de elétrons, como N e O, elétrons π e planaridade. (CALDONA et
al., 2020; KHARBACH et al., 2017). Assim , a hibridação 1,2,4-triazol – isatina
configura-se uma estratégia interessante para obtenção de uma nova classe de
compostos aplicados a inibição da corrosão, sendo, portanto, o principal
objetivo deste trabalho.
Material e métodos
Na primeira etapa reacional, uma mistura de 2,0 g (0,015 mol) de bicarbonato de
aminoguanidina e 0,020 mol do ácido apropriado foi mantido sob agitação
magnética a temperatura ambiente até a completa liberação de CO2. Em seguida,
adicionou-se tolueno e aqueceu-se a mistura reacional ao refluxo com um aparelho
Dean-Stark sob agitação durante 24 h. Formou-se um precipitado branco que foi
resfriado, filtrado a vácuo e lavado com tolueno frio.(BOECHAT et al., 2011;
JABOR et al., 2020) Já na segunda etapa, em um balão de fundo redondo de 250 mL,
adicionou-se 8,1 mmol dos derivados de triazol e 5 mL de solução NaHCO3 1M. Em
seguida adicionou-se 8,1 mol (1,19 g) de isatina solubilizada em etanol 95%. A
reação foi monitorada por CCD, empregando-se como eluente uma mistura acetato de
etila/metanol (3:1 / V:V). Após 24 horas, o solvente foi evaporado e o produto
purificado por coluna cromatográfica utilizando sílica gel e como eluente uma
mistura de acetato de etila/metanol (8:2).
Os ensaios gravimétricos foram realizados tendo como base a norma ASTM G1-03
(2017). Os corpos de prova de aço carbono SAE 1020 foram polidos,
sequencialmente, com lixas d’água de granulometria 220, 400 e 600 mesh. As
dimensões da área exposta ao meio corrosivo foram medidas com paquímetro manual.
Após, foram submetidos ao banho em acetona, secos e pesados. Os corpos de prova
foram imersos a solução HCl 1 mol/L à 25°C, por 5 horas, na presença das
substâncias com concentrações de 0,25; 0,5; 1,0 e 1,5 mmol/L. Após exposição, os
corpos de prova foram retirados da solução e submetidos a seguinte sequência de
imersões para limpeza, antes da nova pesagem: água e sabão; água destilada (2x);
solução de Clark (HCl, Sb2O3, SnCl2), por 10 segundos; etanol 95%; acetona.
Todos os ensaios foram feitos em duplicata.
Resultado e discussão
A síntese do híbrido 1,2,4-triazol-isatina 11 a-c envolveu duas etapas
reacionais, conforme apresentado no Esquema 1. A primeira etapa consistiu em uma
reação de substituição nucleofílica acílica entre os aldeídos substituídos 20a-c
e bicarbonato de aminoguanidina 19 para obtenção dos precursores 4H-1,2,4-
triazol-5-amina 10a-c com rendimentos entre 82-92 %. Já a segunda etapa da
reação ocorreu por uma adição nucleofílica à carbonila cetônica (C-3) da isatina
18 pelos derivados amino-triazólicos substituídos previamente sintetizados na
etapa anterior dando origem às substâncias alvo 1,2,4-triazol-isatina 11a-c com
rendimentos entre 24 e 30 %, sendo 11b (-CH3) e 11c (-CF3) inéditos. Todos os
produtos tiveram suas estruturas confirmadas por espectroscopia na região do
Infravermelho (IV) e por RMN 1H.
Devido a demanda por novos inibidores de corrosão, de maior eficiência,
segurança e menor custo, pelo setor de Petróleo e Gás, pretendeu-se investigar a
eficiência anticorrosiva das substâncias sintetizadas por ensaios gravimétricos
de perda de massa. Os resultados dos ensaios apontaram a seguinte ordem
crescente de eficiência de inibição: 11b (-CH3) < 11a (- H) < 11c (CF3), com
eficiências variando de 50,2 a 84,7 %. Os dados de grau de cobertura θ e
concentração do inibidor ajustaram-se ao modelo de adsorção de Langmuir,
indicando adsorção em monocamada (Gráfico 1). Já os parâmetros termodinâmicos
Kads e ΔGads (Tabela 1), incidiram a espontaneidade do processo e a natureza das
interações, sendo tanto fisissorção quanto quimissorção tendo em vista os
valores intermediários de ΔG°ads, de -29,9 a - 32,8 kJ/mol. A Figura 1 destaca
algumas das possíveis interações das substâncias 11a-c na superfície de aço
carbono, considerando meio de ácido.
Conclusões
Por conseguinte, conclui-se que substâncias 11 a-c são potenciais inibidores de
corrosão para aço-carbono em HCl 1 mol/L, com destaque para o derivado inédito 11c
(-CF3) que, mesmo em concentrações mais baixas, apresenta eficiência superior ao
inibidor comercial benzotriazol e a diversos inibidores relatados na literatura.
Agradecimentos
PIBIC/CNPq, CAPES, PPGQ-UFF
Referências
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