石油中含氮化合物碱性的分子模拟研究

利用密度泛函理论的量子力学从头算法,计算石油中含氮化合物与H+质子的结合能,考察其碱性的强弱。计算中采用COSMO (conductor-like screen model)模型模拟溶剂的介质环境。结果表明,在水溶剂中,含氮化合物与H+质子结合的强弱与其碱性强弱具有线性关系;与H+结合得越强,其碱性就越强;反之,则越弱。因此,可以算出它们在水溶剂中与H+结合能的高低,判断其碱性的强弱。脂肪胺、非芳香杂环氮化物与H+质子的结合能约在(-660～-640)kJ/mol之间,吡啶、芳香胺和吡咯类氮化物分别约为(-620,-590,-510)kJ/mol,它们的碱性依次减弱。氮原子上连接烷基、苯基基团会对含氮化物的碱性有一定的影响。随着芳香胺结构中苯基数的增加,与H+结合能力逐渐减弱,碱性也逐渐减弱。芳香环的并入对五员和六员杂环氮化物碱性的影响有所不同。溶剂性质会影响含氮化合物的碱性;随着溶剂极性的减弱,含氮化合物与H+结合得越强,其碱性也越强;在不同溶剂中,含氮化合物碱性相对强弱的顺序会发生变化。