综述：苯并吡喃衍生物作为多齿螯合腐蚀抑制剂：基于天然产物的σ-供体和π-受体配体

本综述系统阐述了苯并吡喃衍生物作为绿色腐蚀抑制剂的核心优势，重点分析其通过π电子共轭体系、杂原子孤对电子（如O/N/S）与金属表面形成配位键（Coordination Bonding）的机制，并探讨其前沿应用（如杂化材料Hybrid Systems）与计算筛选（Computational Screening）等发展方向。

　　

Abstract

腐蚀是全球经济每年损失约2.5万亿美元的自然破坏过程，占全球GDP的3.4%。苯并吡喃衍生物（包括色烯Chromenes、香豆素Coumarins和色酮Chromones）作为环境友好的腐蚀抑制剂，通过其独特的σ-供体（σ-donors）和π-受体（π-acceptors）特性，在酸性、碱性和中性电解质中均表现出高效抑制能力。这些天然来源的化合物具有高生物降解性、低毒性和可持续性，其芳香环和杂原子（如O、N）提供π电子和非键电子对，通过配位键吸附在金属表面形成自组装保护膜。

Introduction

腐蚀是金属与环境相互作用导致的逐步退化过程，涉及阳极和阴极半电池反应，包括点蚀、电偶腐蚀等多种类型。有机腐蚀抑制剂（Organic Corrosion Inhibitors）因其可直接添加至腐蚀介质、形成保护膜且经济适用而成为重要防护手段。苯并吡喃衍生物作为多齿螯合配体（Polydentate Chelating Ligands），通过共轭芳香环和极性取代基（如>C=O、-OH、-NH₂）增强与金属表面的电子转移和吸附能力。

Chromenes as Corrosion Inhibitors

色烯（Chromenes）是苯并吡喃的重要衍生物，广泛存在于植物天然产物中。其分子结构中的吡喃环和苯环共轭体系可提供π电子参与金属表面吸附，极性取代基（如-CN、-NO₂）通过诱导效应（±I）和共振效应（±R）调节电子密度，优化配位能力。研究表明，色烯衍生物在酸性介质中对低碳钢的抑制效率可达90%以上，其吸附符合Langmuir等温模型，且通过形成疏水层阻隔腐蚀介质（如H₂O、O₂）的渗透。

Coordination Mechanism and Ligand Properties

苯并吡喃衍生物的抑制性能源于其非 innocent 配体特性（Non-innocent Ligand Properties），即同时具备电子捐赠（HOMO）和接受（LUMO）能力。香豆素和色酮可通过羰基（>C=O）和羟基（-OH）形成双齿或三齿配位络合物，在碱性条件下脱质子后进一步增强与金属（如Fe）的配位键强度。分子静电势（MEP）和前沿分子轨道（FMOs）分析显示，电子供体取代基（如-OMe、-NH₂）提高HOMO能级（E_HOMO），促进电子捐赠；电子受体取代基（如-NO₂、-CN）降低LUMO能级（E_LUMO），促进反馈键（Back-donation）形成。

Structural Influence and Performance Optimization

分子结构中的共轭体系和取代基类型显著影响抑制性能。例如，5-OH/4-酮或3-OH/4-酮结构的色酮可形成五元或六元螯合环，增强保护膜稳定性。实验通过XPS和FTIR谱图证实C=O峰和Fe-O信号位移，验证配位行为。此外，高溶解性和平面性分子结构有利于均匀吸附和长效保护。

Applications and Hybrid Systems

苯并吡喃衍生物可与纳米材料或聚合物形成杂化系统（Hybrid Systems），提高抑制效率和耐久性。计算化学方法（如DFT）用于筛选高性能抑制剂，通过模拟吸附能和电子参数优化分子设计。天然产物提取和生物合成路线进一步促进其绿色可持续应用。

Conclusions, Challenges, and Outlooks

苯并吡喃衍生物作为绿色腐蚀抑制剂，在成本、效能和环境兼容性方面优于传统无机和有机抑制剂。未来研究需聚焦生物源合成路线、杂化系统开发及计算筛选技术，以实现新一代抑制剂的高效设计。挑战包括大规模生产的经济性和复杂环境中的稳定性优化。