Nghiên cứu cấu trúc, tính chất và khả năng ức chế ăn mòn Fe (110) của pyrazine và dẫn xuất bằng tính toán hóa lượng tử

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số 2 (2020) 
37 
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT VÀ KHẢ NĂNG ỨC CHẾ ĂN MÒN Fe 
(110) CỦA PYRAZINE VÀ DẪN XUẤT BẰNG TÍNH TOÁN HÓA LƯỢNG TỬ 
Nguyễn Thị Hà Giang1, Huỳnh Thị Phương Loan1, Phan Tứ Quý2, Nguyễn Thị Ái Nhung1,* 
1Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế 
2Khoa Tự nhiên và Công nghệ, Trường Đại học Tây Nguyên 
*Email: ntanhung@hueuni.edu.vn 
Ngày nhận bài: 9/9/2020; ngày hoàn thành phản biện: 22/9/2020; ngày duyệt đăng: 02/10/2020 
TÓM TẮT 
Cấu trúc, tính chất và khả năng ức chế ăn mòn Fe (110) của hợp chất pyrazine (PY) 
và các dẫn xuất 2-(2-oxohydrazinyl)pyrazine (OHPY), 2-isopropyl-3-
methoxypyrazine (IPPY), và 2-isobutyl-3-methoxypyrazine (IBPY) được nghiên 
cứu bằng tính toán hóa lượng tử. Cấu trúc tối ưu của các hợp chất nghiên cứu cho 
thấy không có sự khác biệt nhiều về độ dài và góc của các liên kết trong các phân 
tử PY, OHPY, IPPY và IBPY. Phân tích orbital liên kết tự nhiên khẳng định các dẫn 
xuất pyrazine đồng thời có khả năng cho các electron vào orbital trống của kim loại 
và có khả năng nhận electron tự do từ kim loại và chúng là các chất tiềm năng 
trong ức chế ăn mòn kim loại. Kết quả mô phỏng Monte Carlo cho thấy năng 
lượng hấp phụ cao giữa tương tác của chất ức chế và mặt Fe (110). Hợp chất PY và 
các dẫn xuất OHPY, IPPY, IBPY được khảo sát đều được hấp thụ song song định 
hướng trên bề mặt Fe (110) chứng tỏ có khả năng ức chế ăn mòn kim loại tốt. 
Từ khóa: pyrazine, ức chế ăn mòn, lý thuyết phiếm hàm mật độ, mô phỏng Monte 
Carlo. 
1. MỞ ĐẦU 
Trước đây, đã có rất nhiều các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về hợp chất 
pyrazine và dẫn xuất [1, 2]. Với cấu trúc khá đặc biệt, hợp chất này đã mở ra những 
nghiên cứu rất thú vị cho các tính toán bằng thực nghiệm cũng như lý thuyết [2]. Cấu 
trúc phân tử pyrazine đã được nghiên cứu sử dụng phương pháp nhiễu xạ điện tử pha 
khí [3] và phân tích X-ray [4]. Năm 1964, Califano và cộng sự đã báo cáo quang phổ 
dao động của pyrazine [5]. Một điều quan trọng là những công bố gần đây cho thấy 
các hợp chất pyrazine và dẫn xuất có ứng dụng trên nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong 
Nghiên cứu cấu trúc, tính chất và khả năng ức chế ăn mòn Fe (110) của pyrazine và dẫn xuất  
38 
công nghệ sơn phủ, chống ăn mòn kim loại và ứng dụng trong nghiên cứu về dược 
phẩm [6-8]. 
Thực tế, công nghệ sơn phủ lên bề mặt kim loại để ức chế ăn mòn thường phải 
phủ nhiều lớp, đồng thời quá trình xử lý bề mặt trước khi sơn phủ bằng phương pháp 
photphat hóa lại phải diễn ra trong nhiều giai đoạn và đòi hỏi sự có mặt của một số 
hợp chất độc hại như CrO42-, MoO42− trong môi trường nước dẫn đến nhiều lo ngại cho 
vấn đề xử lý nước thải công nghiệp [9, 10]. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây cho thấy 
pyrazine và các dẫn xuất của nó như 2-methylpyrazine, 2-aminopyrazine, 2-amino-5-
brompyrazine là những chất hữu cơ không độc hại [10, 11] đã được đề nghị làm lớp 
phủ chống ăn mòn trên bề mặt thép [2, 6]. Ngoài ra, Hadi Behzadi và cộng sự đã 
nghiên cứu lý thuyết về các dẫn xuất pyrazine trong quá trình ức chế ăn mòn kim loại 
[6]. Nhóm tác giả tính toán bốn loại tương tác giữa sắt và các phân tử pyrazine là Fe-π, 
Fe-N1, Fe-N4 và Fe-NH2. Năm 2015, nghiên cứu về khả năng chống ung thư của 
pyrazine và các dẫn xuất được đề xuất bởi Peng-Hui Li và các cộng sự chỉ ra rằng một 
số chất ức chế topoisomerase II (Topo II) có hiệu quả trong quá trình phát triển của tác 
nhân chống ung thư [7]. Năm 2018, Kang Fang và cộng sự đã tổng hợp 26 dẫn xuất 
hederagenin (He)–pyrazine, nghiên cứu nêu bật tầm quan trọng của các dẫn xuất He-
pyrazine trong việc khám phá và phát triển thuốc chống khối u mới [12]. Sau đó, 
Lakshmaiah Gingipalli và cộng sự tổng hợp được một loạt các dẫn xuất thế 2, 6 của 
pyrazine có tiềm năng đóng vai trò là chất ức chế cả hai hợp chất protein gây ung thư 
là kinase CK2 và PIM kinase [13]. 
Bảng 1. Tên IUPAC, công thức phân tử và khối lượng mol của pyrazine và các dẫn xuất 
Chất nghiên cứu Công thức phân tử Viết tắt 
Khối lượng mol 
(g.mol-1) 
pyrazine C4H4N2 PY 80,1 
2-(2-oxohydrazinyl)pyrazine C4H4N4O OHPY 124,1 
2-isopropyl-3-methoxypyrazine C8H12N2O IPPY 152,2 
2-isobutyl-3-methoxypyrazine C9H14N2O IBPY 166,2 
Hình 1. Cấu trúc Lewis của PY và các dẫn xuất OHPY, IPPY, IBPY 
Mặc dù trên thế giới đã có một số nghiên cứu về tính chất và cấu trúc của 
pyrazine và dẫn xuất [2, 6, 10, 11]. Tuy nhiên thực tế đòi hỏi cần có một nghiên cứu 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số 2 (2020) 
39 
khảo sát tính chất và cấu trúc của pyrazine và dẫn xuất một cách chi tiết và bài bản. 
Đặc biệt, tại Việt Nam chưa có nhiều công trình nghiên cứu tính toán về pyrazine và 
các dẫn xuất của nó. Vì thế, các đối tượng nghiên cứu của bài báo này sẽ được tính toán 
bằng những phương pháp lý thuyết hiện đại với sự hỗ trợ lý thuyết lượng tử. Trong 
khuôn khổ của bài báo này, chúng tôi trình bày mô hình nghiên cứu lý thuyết về cấu 
trúc, tính chất, và khả năng ức chế ăn mòn mặt Fe (110) của pyrazine (PY) và các dẫn 
xuất 2-(2-oxohydrazinyl)pyrazine (OHPY), 2-isopropyl-3-methoxypyrazine (IPPY), và 
2-isobutyl-3-methoxypyrazine (IBPY) sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) và 
phương pháp mô phỏng Monte Carlo. Thật vậy, các hợp chất hữu cơ có chứa dị tố như 
PY, OHPY, IPPY, IBPY được biết đến là các chất ức chế ăn mòn hiệu quả [10, 11]. Đặc 
biệt, chúng là những chất ức chế axit tốt hiện nay bao gồm cả cấu trúc có hoặc không 
có proton [13]. Chúng tôi hy vọng những kết quả lý thuyết đạt được trong nghiên cứu 
này sẽ mở ra những hướng nghiên cứu mới trong tính toán lượng tử cũng như mang 
lại những đóng góp hữu ích cho các nghiên cứu thực nghiệm trong tương lai. 
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
2.1. Tính toán hóa lượng tử qua lý thuyết phiếm hàm mật độ 
Các hợp chất nghiên cứu được tối ưu hình học bằng chương trình Gaussian 09 
[14] kết hợp với Turbomole 6.0.1 [15], với  ...  bề mặt [25]. Năng lượng hấp phụ là tổng của năng lượng hấp phụ cứng và năng 
lượng biến dạng cho thành phần chất hấp phụ. Năng lượng hấp phụ cứng cho biết 
năng lượng giải phóng (hoặc thu vào) khi thành phần hấp phụ không liên kết đã được 
Nghiên cứu cấu trúc, tính chất và khả năng ức chế ăn mòn Fe (110) của pyrazine và dẫn xuất  
44 
hấp phụ trên chất nền. Năng lượng biến dạng cho biết năng lượng giải phóng khi 
thành phần chất hấp phụ bị hấp phụ đã giãn ra trên bề mặt chất nền [25, 27]. 
Bảng 4. Năng lượng tương tác, hấp phụ và liên kết từ đầu ra và bộ mô tả được tính toán bằng 
mô phỏng Monte Carlo để hấp phụ PY, OHPY, IPPY và IBPY trên bề mặt Fe (110) trong pha 
khí. Năng lượng tính bằng kcal.mol-1 
Hệ nghiên cứu 
Tổng năng 
lượng 
Năng lượng 
hấp phụ 
Năng lượng hấp 
phụ cứng 
Năng lượng 
biến dạng 
Fe (110) - PY -1,196 -47,552 -47,776 0,224 
Fe (110) - OHPY -48,659 -67,615 -68,622 1,007 
Fe (110) - IPPY -26,655 -87,633 -89,274 1,642 
Fe (110) - IBPY -51,041 -96,648 -99,629 2,982 
Từ kết quả ở Bảng 4 nhận thấy giá trị tổng năng lượng của hệ Fe (110)-PY, Fe 
(110)-OHPY, Fe (110)-IPPY và Fe (110)-IBPY nằm trong khoảng -1,196 đến -51,041 
kcal.mol-1. Trong đó tổng năng lượng của hệ Fe (110)-PY (-1,196 kcal.mol-1) là thấp 
nhất, kế tiếp là tổng năng lượng của hệ Fe (110)-IPPY (-26,655 kcal.mol-1) và chênh lệch 
khá lớn với tổng năng lượng của hệ Fe (110)-PY. Tổng năng lượng của hệ Fe (110)-
IPPY, Fe (110)-OHPY, Fe (110)-IBPY lần lượt là -26,655 kcal.mol-1 , -48,659 kcal.mol-1, và 
-51,041 kcal.mol-1 và biến đổi theo thứ tự Fe (110)-IPPY > Fe (110)-OHPY > Fe (110)-
IBPY. 
Giá trị năng lượng hấp phụ cứng nằm trong khoảng -47,776 đến -99,629 
kcal.mol-1. Trong đó năng lượng hấp phụ cứng của Fe (110)-PY (-47,776 kcal.mol-1) là 
thấp nhất. Năng lượng hấp phụ cứng của Fe (110)-OHPY (-68,622 kcal.mol-1) chênh 
lệch nhiều so với năng lượng hấp phụ cứng của Fe (110)-PY. Năng lượng hấp phụ 
cứng của Fe (110)-IPPY (-89,274 kcal.mol-1) và Fe (110)-IBPY (-99,629 kcal.mol-1) cao 
hơn hẳn so với các hệ còn lại. Năng lượng hấp phụ cứng của Fe (110)-IBPY (-99,629 
kcal.mol-1) gần gấp đôi so với Fe (110)-PY (-47,776 kcal.mol-1). Giá trị năng lượng biến 
dạng nằm trong khoảng 0,224-2,982 kcal.mol-1. Trong đó năng lượng biến dạng của Fe 
(110)-PY (0,224 kcal.mol-1) là nhỏ nhất và của Fe (110)- IBPY (-2,982 kcal.mol-1) là lớn 
nhất. Giá trị năng lượng hấp phụ nằm trong khoảng -47,552 đến -96,648 kcal.mol-1. 
Năng lượng hấp phụ cũng như năng lượng hấp phụ cứng của mỗi hệ là xấp xỉ nhau và 
biến đổi tương đồng với nhau. Cụ thế năng lượng hấp phụ của Fe (110)-PY (-47,552 
kcal.mol-1) là thấp nhất, năng lượng hấp phụ của Fe (110)-IBPY (-96,648 kcal.mol-1) là 
lớn nhất và gần gấp đôi so với Fe (110)-PY (-47,552 kcal.mol-1). Năng lượng hấp phụ 
của PY và ba dẫn xuất của nó được khảo sát theo thứ tự: IBPY > IPPY > OHPY > 
PY. Thứ tự này tương tự với kết quả thu được bằng các tính toán hóa học lượng tử. 
Giá trị năng lượng hấp phụ âm cao hơn cho thấy sự tương tác ổn định hơn và 
mạnh hơn giữa kim loại và một phân tử chất ức chế còn năng lượng hấp phụ âm cao 
nhất cho biết hệ thống ổn định nhất và mạnh hơn sự hấp phụ [26, 27]. Từ phân tích 
trên cho thấy IBPY thể hiện sự tương tác mạnh nhất và ổn định nhất với bề mặt Fe 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số 2 (2020) 
45 
(110). Khả năng tương tác và tính ổn định của PY, OHPY, IPPY yếu hơn IBPY và theo 
tuân theo trật tự IBPY > OHPY > PY. Từ kết quả này cho thấy trong 3 dẫn xuất của 
pyrazine (IBPY, IPPY, OHPY) thì 2 dẫn xuất IBPY, OHPY đều có tính ức chế tốt Fe 
(110). Tất cả các phân tử được mô phỏng hấp phụ hoàn toàn song song trên Fe (110), 
giúp tăng cường độ phủ bề mặt khi nó tương tác với bề mặt thép được đưa ra trong 
Hình 4 và Hình 5. 
Hình 4. Các cấu hình hấp phụ cân bằng của chất ức chế PY (a) và (b) trên bề mặt Fe (110) 
thu được bằng mô phỏng Monte Carlo trong pha khí. 
Trái: nhìn từ trên xuống; bên phải: hình chiếu bên 
Hình 5. Hình chiếu từ trên xuống của cấu hình hấp phụ cân bằng của chất ức chế: 
OHPY (a) và (d); IPPY (c) và (d); IBPY (e) và (f) trên bề mặt Fe (110) thu được bằng mô phỏng 
Monte Carlo trong pha khí 
Nghiên cứu cấu trúc, tính chất và khả năng ức chế ăn mòn Fe (110) của pyrazine và dẫn xuất  
46 
4. KẾT LUẬN 
Kết quả tối ưu hình học của các hợp chất nghiên cứu trong bài báo này cho thấy 
có khác biệt nhỏ về độ dài và góc của các liên kết tropng các phân tử PY, OHPY, IPPY 
và IBPY. Phân tích orbital liên kết tự nhiên cho thấy các dẫn xuất pyrazine OHPY, 
IPPY, IBPY có khả năng cho các electron vào orbital trống của kim loại và cũng có khả 
năng nhận electron tự do từ kim loại, do đó các dẫn xuất của pyrazine có thể được coi 
là các chất có khả năng ức chế ăn mòn tốt. Mô phỏng Monte Carlo chỉ ra năng lượng 
hấp phụ âm cao của tương tác giữa chất ức chế và Fe (110). PY và các dẫn xuất của PY 
được khảo sát đều được hấp thụ song song định hướng trên bề mặt Fe (110) chứng tỏ 
có tương tác mạnh. Xếp hạng của sự hấp phụ năng lượng của bảy phân tử sử dụng 
phương pháp tính toán này tương tự như kết quả năng lượng thu được khi sử dụng 
các phép tính hóa học lượng tử. Các kết quả của nghiên cứu này đã chỉ ra rằng về cơ sở 
lý thuyết mô hình phân tử tối ưu của hệ nghiên cứu là hoàn toàn phù hợp, các kết quả 
lý thuyết giúp tiết kiệm thời gian và giảm chi phí trong việc định hướng thực nghiệm 
và ứng dụng tìm kiếm các hợp chất hữu cơ có khả năng chống ăn mòn kim loại, góp 
phần định hướng cho các nghiên cứu thực nghiệm trong tương lai. 
LỜI CẢM ƠN 
Các số liệu và kết quả trong bài báo này được chạy trên cluster Annemarie điều 
hành bởi Reuti tại Trung tâm tính toán, Đại học tổng hợp Philipps, Marburg, CHLB 
Đức dưới sự cho phép của Giáo sư Gernot Frenking. Kết quả tính toán mô phỏng được 
sự giúp đỡ của TS. Nguyễn Minh Thông, Phân hiệu Đại học Đà Nẵng tại Kon Tum. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. X. Li, S. Deng, H. Fu (2011). Three pyrazine derivatives as corrosion inhibitors for steel in 
1.0 M H2SO4 solution, Corrosion science, Vol.53, pp.3241-3247. 
[2]. M. Bouklah, A. Attayibat, S. Kertit, A. Ramdani, B. Hammouti (2005). A pyrazine 
derivative as corrosion inhibitor for steel in sulphuric acid solution, Applied Surface 
Science, Vol.242, pp.399-406. 
[3]. V.t. Schomaker, L. Pauling (1939). The electron diffraction investigation of the structure of 
benzene, pyridine, pyrazine, butadiene-1, 3, cyclopentadiene, furan, pyrrole, and 
thiophene, Journal of the American Chemical Society, Vol.61, pp.1769-1780. 
[4]. P. Wheatley (1957). The crystal and molecular structure of pyrazine, Acta 
Crystallographica, Vol.10, pp.182-187. 
[5]. S. Califano, G. Adembri, G. Sbrana (1964). Vapour and crystal spectra in polarized light of 
pyrazine-d0, cis pyrazine-d2 and pyrazine-d4, Spectrochimica Acta, Vol.20, pp.385-396. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số 2 (2020) 
47 
[6]. H. Behzadi, P. Roonasi, M.J. Momeni, S. Manzetti, M.D. Esrafili, I. Obot, M. Yousefvand, 
S.M. Mousavi-Khoshdel (2015). A DFT study of pyrazine derivatives and their Fe 
complexes in corrosion inhibition process, Journal of Molecular Structure, Vol.1086, pp.64-
72. 
[7]. P.-H. Li, P. Zeng, S.-B. Chen, P.-F. Yao, Y.-W. Mai, J.-H. Tan, T.-M. Ou, S.-L. Huang, D. Li, 
L.-Q. Gu (2016). Synthesis and mechanism studies of 1, 3-benzoazolyl substituted pyrrolo 
[2, 3-b] pyrazine derivatives as nonintercalative topoisomerase II catalytic inhibitors, 
Journal of Medicinal Chemistry, Vol.59, pp.238-252. 
[8]. J. Kim, M. Park, J. Choi, D.K. Singh, H.J. Kwon, S.H. Kim, I. Kim (2019). Design, synthesis, 
and biological evaluation of novel pyrrolo [1, 2-a] pyrazine derivatives, Bioorganic & 
medicinal chemistry letters, Vol.29, pp.1350-1356. 
[9]. N. Sato (1989). 1989 Whitney Award Lecture: toward a more fundamental understanding 
of corrosion processes, Corrosion, Vol.45, pp.354-368. 
[10]. T. Yu, L. Li, C. Lin (1995). Chemical affinity of in-situ phosphatizing reagents on cold-
rolled steel, The Journal of Physical Chemistry, Vol.99, pp.7613-7620. 
[11]. L. Racané, S.K. Pavelić, I. Ratkaj, V. Stepanić, K. Pavelić, V. Tralić-Kulenović, G. Karminski-
Zamola (2012). Synthesis and antiproliferative evaluation of some new amidino-
substituted bis-benzothiazolyl-pyridines and pyrazine, European journal of medicinal 
chemistry, Vol.55, pp.108-116. 
[12]. K. Fang, X.-H. Zhang, Y.-T. Han, G.-R. Wu, D.-S. Cai, N.-N. Xue, W.-B. Guo, Y.-Q. Yang, M. 
Chen, X.-Y. Zhang (2018). Design, Synthesis, and Cytotoxic Analysis of Novel 
Hederagenin–Pyrazine Derivatives Based on Partial Least Squares Discriminant Analysis, 
International journal of molecular sciences, Vol.19, pp.2994. 
[13]. L. Gingipalli, M.H. Block, L. Bao, E. Cooke, L.A. Dakin, C.R. Denz, A.D. Ferguson, J.W. 
Johannes, N.A. Larsen, P.D. Lyne (2018). Discovery of 2, 6-disubstituted pyrazine 
derivatives as inhibitors of CK2 and PIM kinases, Bioorganic & medicinal chemistry letters, 
Vol.28, pp.1336-1341. 
[14]. Frisch M. J., et al. Gaussian 09, Gaussian Inc, Wallingford CT., 2009. 
[15]. R. Ahlrichs, M. Bär, M. Häser, H. Horn, C. Kölmel (1989). Electronic structure calculations 
on workstation computers: The program system turbomole, Chemical Physics Letters, 
Vol.162, pp.165-169. 
[16]. A. Schäfer, H. Horn, R. Ahlrichs (1992). Fully optimized contracted Gaussian basis sets for 
atoms Li to Kr, The Journal of Chemical Physics, Vol.97, pp.2571-2577. 
[17]. F. Weigend, R. Ahlrichs (2005). Balanced basis sets of split valence, triple zeta valence and 
quadruple zeta valence quality for H to Rn: Design and assessment of accuracy, Physical 
Chemistry Chemical Physics, Vol.7, pp.3297-3305. 
[18]. B. Metz, H. Stoll, M. Dolg (2000). Small-core multiconfiguration-Dirac–Hartree–Fock-
adjusted pseudopotentials for post-d main group elements: Application to PbH and PbO, 
The Journal of Chemical Physics, Vol.113, pp.2563-2569. 
[19]. T. Koopmans (1934). Über die Zuordnung von Wellenfunktionen und Eigenwerten zu den 
einzelnen Elektronen eines Atoms, physica, Vol.1, pp.104-113. 
Nghiên cứu cấu trúc, tính chất và khả năng ức chế ăn mòn Fe (110) của pyrazine và dẫn xuất  
48 
[20]. H. Chermette (1999). Chemical reactivity indexes in density functional theory, Journal of 
Computational Chemistry, Vol.20, pp.129-154. 
[21]. I. Obot, D. Macdonald, Z. Gasem (2015). Density functional theory (DFT) as a powerful tool 
for designing new organic corrosion inhibitors. Part 1: an overview, Corrosion Science, 
Vol.99, pp.1-30. 
[22]. R.G. Parr, P.K. Chattaraj (1991). Principle of maximum hardness, Journal of the American 
Chemical Society, Vol.113, pp.1854-1855. 
[23]. R.P. Iczkowski, J.L. Margrave (1961). Electronegativity, Journal of the American Chemical 
Society, Vol.83, pp.3547-3551. 
[24]. W. Yang, R.G. Parr (1985). Hardness, softness, and the fukui function in the electronic 
theory of metals and catalysis, Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol.82, 
pp.6723-6726. 
[25]. I. Obot, N. Obi-Egbedi, S. Umoren (2009). Antifungal drugs as corrosion inhibitors for 
aluminium in 0.1 M HCl, Corrosion Science, Vol.51, pp.1868-1875. 
[26]. K. Ansari, M. Quraishi, A. Singh, S. Ramkumar, I.B. Obote (2016). Corrosion inhibition of 
N80 steel in 15% HCl by pyrazolone derivatives: electrochemical, surface and quantum 
chemical studies, RSC advances, Vol.6, pp.24130-24141. 
[27]. I. Obot, S. Kaya, C. Kaya, B. Tüzün (2016). Density Functional Theory (DFT) modeling and 
Monte Carlo simulation assessment of inhibition performance of some carbohydrazide 
Schiff bases for steel corrosion, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 
Vol.80, pp.82-90. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 17, Số 2 (2020) 
49 
QUANTUM CHEMICAL INVESTIGATIONS OF STRUCTURE, PROPERTY, AND 
CORROSION INHIBITION Fe (110) OF PYRAZINE AND ITS DERIVATIVES 
Nguyen Thi Ha Giang1, Huynh Thi Phuong Loan1, Phan Tu Quy2, Nguyen Thi Ai Nhung1,* 
1 Faculty of Chemistry, University of Sciences, Hue University 
2 Tay Nguyen University 
*Email: ntanhung@hueuni.edu.vn 
ABSTRACT 
We theoretically investigate structure, property and inhibitory ability of pyrazine 
(PY) and its derivatives: 2-(2-oxohydrazinyl)pyrazine (OHPY), 2-isopropyl-3-
methoxypyrazine (IPPY), and 2-isobutyl-3-methoxypyrazine (IBPY) using density 
functional theory (DFT) and Monte Carlo simulations. The optimization of 
equilibrium geometries of PY, OHPY, IPPY and IBPY shows that there are some 
minor differences in the bond length and bond angles between pyrazine rings of 
PY and the three derivatives studied. The analysis of natural bond orbitals shows 
that the three substituted pyrazine derivatives OHPY, IPPY, IBPY may have the 
capability in donating electrons to unoccupied orbitals of metal and exhibit equal 
possibility to accept free electrons from metal which might be considered as good 
corrosion inhibitors. All the molecules PY and its derivatives adsorbed totally in a 
parallel at manner on Fe (110), which enhances its surface coverage as good 
interaction with the steel surface Fe (110). 
Keywords: pyrazine, corrosion inhibitor, density functional theory, Monte Carlo 
simulation. 
Nguyễn Thị Ái Nhung sinh năm 1980. Bà tốt nghiệp cử nhân Hóa học tại 
trường Đại học Khoa học, Đại học Huế; nhận bằng thạc sĩ chuyên ngành 
Hóa lý thuyết và Hóa lý tại trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế; nhận 
bằng tiến sĩ ngành Hóa lý thuyết tại trường Đại học tổng hợp Philipps, 
Marburg, Cộng Hòa Liên Bang Đức. Bà được phong học hàm phó giáo sư 
năm 2018. Hiện nay, bà giảng dạy và nghiên cứu tại trường Đại học Khoa 
học, Đại học Huế. 
Lĩnh vực nghiên cứu: Hóa lượng tử và hóa lý thuyết. 
Nghiên cứu cấu trúc, tính chất và khả năng ức chế ăn mòn Fe (110) của pyrazine và dẫn xuất  
50