1D and 2D NMR investigations of the interaction between oppositely charged polymers and surfactants

Proton chemical shifts and two-dimensional COSY and NOE spectroscopy (NOESY) experiments have been used to examine the interaction of various oppositely charged surfactant and poly electrolyte systems, namely, the cationic surfactant dodecyltrimethyammonium bromide (DTAB) and a series of alkanediyl-α,ω-bis(alkyldimethyl ammonium bromide) surfactants (Gem 12-s-12, where .v is the length of the methylene spacer group) with the anionic poly electrolyte poly(styrene sulfonate) or PSS. In all cases, we observe substantial aromatic-so lute-induced chemical shifts (ASIS) in the surfactant peaks of the polymer/surfactant complexes versus that of the pure surfactant spectra. In the case of the DTAB/PSS system, the chemical-shift changes as a function of changing ratio of surfactant to polymer are interpreted in terms of structural changes that occur in the complex with increasing polymer concentration. For the Gem 12-s-12/PSS systems, the interaction of these gemini surfactants with the anionic polyelectrolyte, as deduced from the interpretation of the ¹H ASIS shifts and the NOESY cross peaks, is dependent on the length of the methylene spacer. From the NOESY experiments, we observed significant NOESY cross peaks that correlated well with the expected mechanism of interaction as observed in the literature for the single-tailed surfactant/polymer system. NMR techniques are shown to provide information on the molecular arrangement of these molecules in aqueous solution. Key words: polymers, surfactants, complexes, ASIS experiments, 2D NOESY. Resume : On a fait appel a des experiences deplacements chimiques du proton et de spectroscopic de correlation Bidimensionnelle (<< COSY >>) et de spectroscopic d'effets Overhauser nucleaire (NEOSY) pour etudier l'interaction entre divers systemes formes d'un agent de surface et de poly electrolytes de charges opposes, en particulier de micelles cationiques de l'agent de surface dodecyltrimethylammonium (DTAB) et une serie de bromures d'alcanediylα, ω-bis(alkyldimethylammonium) (Gem 12-s-12 dans lesquels s correspond a la longueur du groupe espaceur methylene) avec le polyelectrolyte anionique sulfonate de poly(styrene), SPS. Dans tous les cas, on observe d'importants deplacements anisotropiques induits parle solvant (DAIS) dans les pics des complexes polymere/agent de surface par rapport aux spectres de l'agent de surface pur. Dans le cas du systeme DTAB/SPS, les changements dans le deplacement chimique en fonction d'un changement dans le rapport d'agent de surface au polymere sont interpretes en fonction de changements strueturaux qui se produisent dans le complexe avec une augmentation dans la concentration du polymere. Pour les systemes Gem 12-s-12/SPS, l'interaction entre ces agents de surface jumeaux avec le polyelectrolyte anionique, telle que deduile de 1'interpretation des deplacements anisotropiques induits par le solvant pour le ¹H et des croisements de pics (NEOSY), est dependante de la longueur de l'espaceur methylene. A partir des experiences (NEOSY), on a observe des croisements de pics (NEOSY) importants qui donnent une bonne correlation avec le mecanisme attendu d'interaction tel qu'observe dans la litterature pour le seul systeme agent de surface polymere etudie. On a done demontre que les techniques de la RMN peuvent fournir de l'information relative a l'arrangement moleculaire de ces molecules dans une solution aqueuse. Mots-cles : polymeres, agents de surface, complexes, deplacements anisotropiques induits par le solvant (DAIS), spectroscopic d'effets Overhauser nucleaire bidimensionnelle (NEOSY). [Traduit par la Redaction] doi:10.1139/V09-039
Introduction The interaction of polymers and surfactants has received a substantial amount of attention in the literature from both an academic and an industrial standpoint. (1-28) The manner in which [...]