Understanding the corrosion inhibitory action of some organic molecules: DFT, SAR, MD and GUSAR approaches

Abstract

Density Functional Theory (DFT) calculations were carried out to investigate both the global and local reactivity descriptors of the studied molecules. These theoretical analyses were complemented by structure–activity relationship (SAR) investigations and molecular dynamics (MD) simulations to provide a comprehensive understanding of the corrosion inhibition mechanism. The computational study focused on two arylfuran derivatives, namely 5-(4- bromophenyl)furan-2-carbaldehyde (M1) and 5-(4-chlorophenyl)furan-2-carbaldehyde (M2), with the aim of elucidating the correlation between their electronic characteristics and their inhibitory performance toward mild steel corrosion in acidic media. In addition, toxicity assessments were performed to evaluate their potential effects on human health and the environment. The theoretical findings obtained from the global reactivity parameters, SAR analyses, and MD simulations were found to be in close agreement with the available experimental data, thereby confirming the effectiveness of the investigated compounds as corrosion inhibitors. Furthermore, Fukui function analysis provided valuable insight into the molecular adsorption process by identifying the most reactive atomic centers involved in electron donation and electron acceptance during interaction with the metal surface. Toxicological predictions revealed that both compounds possess relatively low toxicity profiles and limited environmental hazards, highlighting their potential as environmentally acceptable corrosion inhibitors that comply with current safety and sustainability considerations. أُجريت حسابات نظرية دالة الكثافة ) (DFTلدراسة ك ٍّل من واصفات التفاعلية العالمية والمحلية للجزيئات المدروسة. واستُكملت هذه التحليلات النظرية بدراسات العلاقة بين البنية والنشاط ) (SARومحاكاة الديناميكا الجزيئية ) (MDبهدف تقديم فهم شامل لآلية تثبيط التآكل. وقد ركزت الدراسة الحاسوبية على مشتقين من الأريل فيوران، وهما --4(5بروموفينيل)فيوران--2كربالدهيد ) (M1و--4(5 كلوروفينيل)فيوران--2كربالدهيد) ، (M2بهدف توضيح العلاقة بين خصائصهما الإلكترونية وكفاءتهما في تثبيط تآكل الفولاذ الطري في الأوساط الحمضية. بالإضافة إلى ذلك، أُجريت تقييمات للسمية لتحديد آثارهما المحتملة على صحة الإنسان والبيئة. وقد أظهرت النتائج النظرية المستخلصة من معاملات التفاعلية العالمية، وتحليلات العلاقة بين البنية والنشاط، ومحاكاة الديناميكا الجزيئية توافقًا وثيقًا مع البيانات التجريبية المتاحة، مما يؤكد فعالية المركبين المدروسين كمثبطات للتآكل. علاوةً على ذلك، وفر تحليل دالة فوكوي )(Fukuiفه ًما أعمق لعملية امتزاز الجزيئات على السطح المعدني، من خلال تحديد أكثر المراكز الذرية نشا ًطا المشاركة في منح الإلكترونات واستقبالها أثناء التفاعل مع سطح المعدن. كما كشفت التنبؤات السمية ما أن كلا المركبين يتمتعان بمستوى منخفض نسبيًا من السمية وبمخاطر بيئية محدودة، مما يبرز إمكانيته كمثبطات تآكل صديقة للبيئة ومتوافقة مع متطلبات السلامة والاستدامة الحديثة