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单链和gemini表面活性剂的NMR研究

杨晓焱  
【摘要】: 本论文应用核磁共振技术,对几种典型的表面活性剂在水溶液中的聚集行为、结构特征、动力学特性和相互作用等进行了研究。 利用1D ~1H NMR方法测得4-癸基萘磺酸钠(SDNS)在313 K温度时的临界胶束浓度(CMC)在0.82~0.92 mmol/L之间,与报道的298 K时的CMC范围相同。弛豫时间和2D NOESY实验结果表明,与298 K时的SDNS胶束相比,313 K温度时,SDNS胶束中烷烃链排列得更紧密,其中与萘环相连的第一和第二个亚甲基参与了胶束紧密层的形成,更紧密地堆积在萘环之间。SDNS质子T_2值随温度的变化表明,在单体和胶束两种状态下,质子运动对温度的敏感性明显不同。由自扩散系数分析得到,SDNS胶束的水合半径约为其单体水合半径的5.3倍。而在十二烷基磺酸钠(SDSN)胶束中,由于静电排斥力的作用,在同样温度下SDSN的胶束紧密层排列比SDNS更疏松。 NMR实验表明,在SDNS/Triton X-100(TX-100)和SDNS/SDSN体系中形成了混合胶束。在SDNS/TX-100混合胶束中,TX-100的苯环靠近SDNS的烷烃链,而它的聚烷氧链除与苯环相连的第一个乙氧基基团以外都被限制在SDNS的萘环附近。在SDNS/SDSN混合胶束中,SDSN的磺酸基比SDNS分子更靠近胶束内部。而SDNS的萘环将SDSN的磺酸基分隔开,在降低带负电荷的磺酸基极性头之间的静电排斥力中起到了积极的作用,有助于混合胶束的形成。 从自扩散系数、横向弛豫和质子距离等NMR测定参数推测,在浓度为0.26mmol/L(318 K)的N,N’-双(十六烷基二甲基)-α,ω-丙烷溴化铵(16-3-16)溶液中形成了近似球形的胶束,胶束表面的带正电荷的铵基极性头呈锯齿状排列以减弱分子间静电排斥力的影响。弛豫时间测定表明,与N,N’-双(十六烷基二甲基)-α,ω-丁烷溴化铵(16-4-16)相比,16-3-16在胶束表面的spacer链段更僵硬,在胶束核区的烷烃侧链排列的更紧密。NMR共振峰的线形分析表明,16-3-16和16-4-16侧链末端的甲基在胶束中位于两个不同的位置。


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