A presente Tese tem por objetivo estudar alguns aspectos das interações água-detergente que são importantes para o entendimento das propriedades fisico-químicas da própria micela. além das interações que ocorrem na pseudo-fase micelar. Estas interações foram estudadas utilizando-se duas técnicas: RMN de 1H, para avaliar o efeito de micelas aquosas iônicas, zwitteriônicas e não-iônicas sobre a estrutura da água; e o estudo cinético da hidrólise espontânea de um éster do ácido carbônico, para determinar a reatividade cinética desta água além de, possivelmente, esclarecer alguns aspectos da questão da penetração da água na micela. Foi determinado o efeito da concentração do detergente e a presença de deutério no solvente sobre os deslocamentos químicos dos prótons da água. Foi usada a seguinte série de detergentes: dodecilsulfato de sódio (SOS, aniônico), dodecilbenzenossulfonato de sódio (SDBS, aniônico), perfluoroctanoato de sódio (SPFO, aniônico), cloreto de cetiltrimetilamônio (CTACl, catiônico), éter octilfenil(9,5)polioxietilênico (TX-100) e dodecildimetilamônio-3-propanossulfonato (DDAPS, zwitteriônico). O deslocamento químico dos prótons da água. depende linearmente da concentração de detergente e os coeficientes angulares das retas são sinsíveis à concentração de deutério no solvente. A partir destas correlações foram calculados os fatores de fracionamneto deutério/prótio,φ cujas magnitudes dão uma idéia quantitativa do efeito do detergente sobre a estrutura da água. Para averiguar a origem micelar do fracionamento observado, foram determinados também os fatores de fracionamento para compostos modelos. Estes são constituídos de cadeias carbônicas curtas que não formam agregados mas que possuem os mesmos grupos hidrofílicos dos detergentes. Foram usados os seguintes compostos como modelos: butilsulfato de sódio (modelo para SDS), p-tolouenossulfonato de sódio (modelo para SDBS), perfluorobutirato de sódio (modelo para SPFO) e brometo de butiltrimetilamônio (modelo para CTACl). Os resultados obtidos mostram que estes compostos perturbam pouco a estrutura água e são diminuidores da sua estrutura. Os detergentes, com a excessão de DDAPS e TX-100, claramente aumentam a estrutura da água devido a efeitos eletrorrestritivos. Interações inter e intramoleculares entre os íons do DDAPS resultam numa neutralização interna das cargas e explicam o seu pequeno efeito (aumento) sobre a estrutura do solvente. Nao é fácil oferecer uma explicação simples para a diminuição da estrutura da água na presença de TX-100, pois existe a interferência de fatores cujos efeitos sobre o fracionamento não podem ainda ser avaliados. Entre estes destacamos o enrolamento das cadeias oxietilênicas do detergente. a presença de água fisicamente presa entre estas cadeias e o fato de que a distruibição das moléculas de água entre as unidades de oxietileno não é homogênea. Foram determinadas as constantes de velocidade, os parâmetros de ativação e o efeito isotópico cinético do solvente para a hidrólise independente do pH de carbonato de bis(2,4-dinitrofenila) , na presença de SDS, CTABr, CTACl, TX-100 de cetildimetilamônio-3-propanossulfonato (HDAPS) . O efeito micelar foi analisado em termos da transferência do éster do seio aquoso para água micelar, e do efeito salino acoplado a fatores eletrostáticos das micelas iônicas. Como modelo para o efeito da transferência do meio, a reação foi estudada em misturas de água e acetonitrila. O efeito salino foi avaliado estudando a reação em presença de alguns dos compostos-modelo acima mencionados. Houve mudanças marcantes na entropia e na entalpia de ativação da reação somente em presença de grandes quantidades de acetonitrila no solvente (fração molar de 0,55 a 0,90). O efeito salino foi pequeno. Todos os detergentes, especialmente o SDS, diminuiram velocidade da reação devido a fatores entálpicos desfavoráveis. Para ter uma idéia do sítio da solubilização do éster nas micelas usadas, estudamos o efeito de acetato e decanoato de p-nitrofenila (compostos usados como modelo para CDNF), sobre os deslocamentos químicos dos grupos de cada detergente. Os resultados mostram que o sítio de solubilização destes ésteres não está predominantemente na região da superfície da micela. Os ésteres movimentam-se rapidamente (em relação à escala do tempo da RMN), em todo volume da micela. Efetuamos um cálculo simples mostrando que a penetração da água até os primeiros dois grupos metilênicos pode dar origem a um volume hidratado da micela de mais de 50%. Uma consideração dos parâmetros de ativação, dos resultados de RMN de 1H e do significado do cálculo do volume micelar efetuado, nos levou a concluir que nossos dados cinéticos podem ser explicados sem a necessidade de assumir uma micela extensivamente hidratada, como por exemplo aquela proposta pelo modelo de aglomeração poros (porous cluster model). / Study of micelle-water interactions is relevant to the physical chemistry of the micelle itself, and for a better understanding of the interactions occuring therein. In the present thesis two aspects of these interactions were studied: the effect of the organized assembly on the structure of water at the micellar interface, and on the kinetic reactivity of water as probed by examining the pH-independent (spontaneous) hydrolysis of a carbonate ester. The effect of the following surfactants on the structure of water was studied: sodium dodecylsulphate (SDS, anionic) sodium dodecylbenzene sulphonate (SDBS, anionic), sodium perfluorooctanoate (SPFO, anionic), cetyltrimethylammonium chloride (CTACl, cationic), polyoxyethylene (9.5) octylphenyl ether (TX-100, nonionic), dodecyldimethylammonio-3-propane sulphonate (DDAPS, zwitterionic). The dependence of the chemical shift of the water protons on the surfactant concentration, and on the deuterium content of the solvent was used to calculate the deuterium/protium fractionation factor, φ. The magnitude of the latter (relative to unity, the fractionation factor for bulk water) gives a quantitative idea of the solvent structure perturbation by the micellar pseudophase. In order to ascertain that the observed D/H fractionation is micelle-induced, the fractionation factors for model compounds were also determined. These were short-chain, i.e., non-aggregating compounds bearing the same head-groups as the surfactants. The following model compounds were used: sodium butylsulphate (model for SDS), sodium p-toluenesulphonate (model for SDBS), sodium perfluorobutyrate (model for SPFO) and butyltrimethylammonium bromide (model for CTACl). The following conclusions were drawn from the determined fractionation factors: whereas the short-chain compounds perturb the structure of water only slightly, and are usually water structure breakers, the presence of the micelles clearly enhances the structure of the solvent. Exceptions are zwitterionic DDAPS (marginal structure enhancement) and nonionic TX-100 (water structure decrease). The behavior of the zwitterionic surfactant was explained based on the negligible electrostrictive effect of the micelle due to inter and intramolecular interactions between the head-ions. A simple rationale for the case of TX-100 is not easy because of can complicate such interpretation: the followino factors that coiling of the oxyethylene chains, physical trapping of water between the chains, noneven distribution of the water molecules along the oxyethylene chains. Rate constants, activation parameters, solvent kinetic isotope effect were determined for the pH-independent hydrolysis of 2,4-dintrophenyl carbonate in the presence of SDS, CTABr, CTACl. TX-100 and cetyldimethylammonio-3-propane sulphonate (HDAPS). The micellar effect was analyzed in terms of a transfer Effect, a salt and an electrostatic effect. The first refers to the transfer of the ester form bulk water to \"micellar\" water, and was mimicked by studying the reaction in water-acetonitrile mixtures. Salt effect was evaluated by conducting the hydrolysis in the presence some of the above mentioned short-chain compounds. For the reaction in aqueous acetonitrile the entropy and enthalpy of activation showed sizable changes only at high mole fraction (0.55 to 0.90) of the organic solvent. Salt effect was negligible. The tested detergents, specially SDS, slow the reaction rate due to unfavorable enthalpy. The solubilization site of the ester in the micelles was assesed by 1H NMR. using p-nitrophenyl acetate and decanoate as models. This study showed that the ester in the micelles is not localized at, or very near, to the micelle/water interface, but is rapidly moving (on the NMR time-scale) all over the micellar volume. Analysis of the obtained activation parameters, coupled with the 1H NMR data, and with the result of simple geometric calculation led us to conclude that deep water penetration in the micelle (e.g ., according to the porous cluster model) is not essential to rationalize our data.

Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia para a determinação da capacidade anti-radicalar de substâncias hidrofílicas e lipofílicas baseada na quimiluminescência do luminol em meio micelar. A reação de luminol, hemina e peróxido de hidrogênio foi estudada na presença de tensoativos carregados (CTAB/CTAC e SDS). Variou-se independentemente a concentração de cada reagente de forma a avaliar seu papel sobre a intensidade inicial de emissão (I0), que é proporcional à velocidade inicial da reação. Em solução aquosa de SDS, a I0 apresentou correlação linear com a concentração de H2O2 entre 5,0 10-6 e 6,0 10-5 mol/L e com a concentração de hemina no intervalo de 8,0 10-9 a 4,0 10-7 mol/L. O aumento da concentração de luminol no intervalo de 5,0 10-7 a 1,0 10-3 provocou aumento na I0 até 5,0 10-5 mol/L, permanecendo constante para concentrações maiores. Na presença de CTAB, o valor de I0 variou linearmente com a concentração de H2O2 no intervalo estudado (2,0 10-5 a 6,7 10-4 mol/L). A I0 aumentou com o aumento da concentração da hemina entre 8,0 10-8 e 8,0 10-6 mol/L. A variação da concentração de luminol de 5,0 10-7 a 5,0 10-5 também provocou aumento na I0, a qual ficou constante para concentrações maiores. Para este tensoativo foram realizadas também medidas de cmc nas condições de reação (tampão fosfato pH 11,6 e µ = 0,1), obtendo-se um valor de 2 10-4 mol/L, cinco vezes menor do que a cmc em água. As mudanças espectrais de hemina e luminol em diferentes concentrações de CTAB foram avaliadas, obtendo-se evidências da interação destes reagentes com o tensoativo. Destes estudos, foi possível compreender melhor o comportamento do sistema e foram encontradas condições nas quais se obtêm decaimento lento da intensidade de emissão e I0 alto. Estas condições são ideais para a realização de um ensaio de determinação da capacidade anti-radicalar. O efeito do antioxidante trolox, utilizado como padrão, foi avaliado nestas condições nos sistemas baseados nos três tensoativos. Em todos os casos, observou-se correlação linear entre a concentração de trolox e a área suprimida na cinética de emissão, a qual é proporcional ao número de radicais seqüestrados pelo antioxidante. Os limites de detecção para trolox ficaram abaixo de 1,0 10-7 mol/L, e a faixa de linearidade é de no mínimo uma ordem de grandeza (não foram testadas concentrações superiores a 2,0 10-6 mol/L). No meio de reação com CTAB foram determinadas as capacidades anti-radicalares (n) dos seguintes antioxidantes: vitamina E (n=3,5 ± 0,1), rutina (n=4,0 ± 0,2), quercetina (n=3,8 ± 0,4) e ácido úrico (n=1,3 ± 0,1). Os valores de n determinados com este método foram muito similares com aqueles medidos utilizando-se o ensaio com o radical estável DPPH. Portanto, o ensaio desenvolvido com luminol em meio micelar se mostrou adequado para testar tanto substâncias hidrossolúveis como lipossolúveis. Foram testadas condições para a realização de ensaios consecutivos com injeções repetidas de várias alíquotas de antioxidante na presença de CTAB. Os valores encontrados com o ensaio realizado desta forma foram iguais aos obtidos com o ensaio onde as injeções são feitas individualmente. Este método permite automação e resulta na economia de reagentes e redução do tempo de ensaio / In this work, a methodology to evaluate the anti-radical capacity of hydrophilic and lipophilic compounds based on luminol chemiluminescence in micellar media was developed. The reaction of luminol, hemin and hydrogen peroxide was studied in the presence of charged surfactants (CTAB/CTAC and SDS). The concentration of each reagent was independently varied in order to evaluate its influence on the initial emission intensity (I0), which is proportional to the initial reaction rate. In aqueous SDS solution, I0 showed a linear correlation with the H2O2 concentration between 5,0 10-6 and 6,0 10-5 mol/L, and with the hemin concentration between 8,0 10-9 and 4,0 10-7 mol/L. An increase in the luminol concentration between 5,0 10-7 and 1,0 10-3 mol/L led to an increase in I0 up to 5,0 10-5 mol/L, higher luminol concentrations do not further increased I0. In the presence of CTAB, I0 increased linearly with the H2O2 concentration in the interval studied (2,0 10-5 to 6,7 10-4 mol/L). An increase in I0 was also observed on increasing the hemin concentration from 8,0 10-8 to 8,0 10-6 mol/L. An increase of the luminol concentration from 5,0 10-7 to 5,0 10-5 increased the observed I0, which did not change for higher luminol concentrations. The cmc of CTAB was measured in the reaction conditions (phosphate buffer pH 11,6 and µ= 0,1), and the value determined, 2 10-4 mol/L, was five times lower than the cmc in water. The absorption spectra of hemin and luminol in different CTAB concentrations showed significant variation with the surfactant concentration, indicating an interaction between these reagents and the surfactant. With these studies it was possible to understand well the behavior of the system and to establish experimental conditions which lead to kinetic curves with a slow emission intensity decay and relatively high I0, ideal conditions for the performance of the anti-radical capacity assay. The effect of trolox, the antioxidant used as reference, was evaluated in this conditions in the systems based on the three surfactants. In all the cases a linear correlation between the trolox concentration and the suppressed area in the emission kinetics was observed. This area is proportional to the number of radicals trapped by the antioxidant. Detection limits for trolox were below 1,0 10-7 mol/L, and the linear range was at least one order of magnitude (concentrations higher than 2,0 10-6 mol/L were not evaluated). The antioxidant capacity (n) was determined in the reaction medium containing CTAB for vitamin E (n= 3,5 ± 0,1), rutin (n=4,0 ± 0,2), quercetin (n=3,8 ± 0,4) and uric acid (n=1,3 ± 0,1). The n values determined by this method were very similar to those measured with the DPPH assay. Hence, the assay developed with luminol in micelar media was adequate to evaluate the anti-radical capacity of hidrosoluble as well as liposoluble compounds. The assay conditions established in the presence of CTAB allowed the consecutive injection of antioxidant samples during the same kinetic run. The values determined in this consecutive injection assay proved to be very similar to those obtained in the assay where injections were made individually. This method allows automation, economy of reagents and reduction of assay time

Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia para a determinação da capacidade anti-radicalar de substâncias hidrofílicas e lipofílicas baseada na quimiluminescência do luminol em meio micelar. A reação de luminol, hemina e peróxido de hidrogênio foi estudada na presença de tensoativos carregados (CTAB/CTAC e SDS). Variou-se independentemente a concentração de cada reagente de forma a avaliar seu papel sobre a intensidade inicial de emissão (I0), que é proporcional à velocidade inicial da reação. Em solução aquosa de SDS, a I0 apresentou correlação linear com a concentração de H2O2 entre 5,0 10-6 e 6,0 10-5 mol/L e com a concentração de hemina no intervalo de 8,0 10-9 a 4,0 10-7 mol/L. O aumento da concentração de luminol no intervalo de 5,0 10-7 a 1,0 10-3 provocou aumento na I0 até 5,0 10-5 mol/L, permanecendo constante para concentrações maiores. Na presença de CTAB, o valor de I0 variou linearmente com a concentração de H2O2 no intervalo estudado (2,0 10-5 a 6,7 10-4 mol/L). A I0 aumentou com o aumento da concentração da hemina entre 8,0 10-8 e 8,0 10-6 mol/L. A variação da concentração de luminol de 5,0 10-7 a 5,0 10-5 também provocou aumento na I0, a qual ficou constante para concentrações maiores. Para este tensoativo foram realizadas também medidas de cmc nas condições de reação (tampão fosfato pH 11,6 e µ = 0,1), obtendo-se um valor de 2 10-4 mol/L, cinco vezes menor do que a cmc em água. As mudanças espectrais de hemina e luminol em diferentes concentrações de CTAB foram avaliadas, obtendo-se evidências da interação destes reagentes com o tensoativo. Destes estudos, foi possível compreender melhor o comportamento do sistema e foram encontradas condições nas quais se obtêm decaimento lento da intensidade de emissão e I0 alto. Estas condições são ideais para a realização de um ensaio de determinação da capacidade anti-radicalar. O efeito do antioxidante trolox, utilizado como padrão, foi avaliado nestas condições nos sistemas baseados nos três tensoativos. Em todos os casos, observou-se correlação linear entre a concentração de trolox e a área suprimida na cinética de emissão, a qual é proporcional ao número de radicais seqüestrados pelo antioxidante. Os limites de detecção para trolox ficaram abaixo de 1,0 10-7 mol/L, e a faixa de linearidade é de no mínimo uma ordem de grandeza (não foram testadas concentrações superiores a 2,0 10-6 mol/L). No meio de reação com CTAB foram determinadas as capacidades anti-radicalares (n) dos seguintes antioxidantes: vitamina E (n=3,5 ± 0,1), rutina (n=4,0 ± 0,2), quercetina (n=3,8 ± 0,4) e ácido úrico (n=1,3 ± 0,1). Os valores de n determinados com este método foram muito similares com aqueles medidos utilizando-se o ensaio com o radical estável DPPH. Portanto, o ensaio desenvolvido com luminol em meio micelar se mostrou adequado para testar tanto substâncias hidrossolúveis como lipossolúveis. Foram testadas condições para a realização de ensaios consecutivos com injeções repetidas de várias alíquotas de antioxidante na presença de CTAB. Os valores encontrados com o ensaio realizado desta forma foram iguais aos obtidos com o ensaio onde as injeções são feitas individualmente. Este método permite automação e resulta na economia de reagentes e redução do tempo de ensaio / In this work, a methodology to evaluate the anti-radical capacity of hydrophilic and lipophilic compounds based on luminol chemiluminescence in micellar media was developed. The reaction of luminol, hemin and hydrogen peroxide was studied in the presence of charged surfactants (CTAB/CTAC and SDS). The concentration of each reagent was independently varied in order to evaluate its influence on the initial emission intensity (I0), which is proportional to the initial reaction rate. In aqueous SDS solution, I0 showed a linear correlation with the H2O2 concentration between 5,0 10-6 and 6,0 10-5 mol/L, and with the hemin concentration between 8,0 10-9 and 4,0 10-7 mol/L. An increase in the luminol concentration between 5,0 10-7 and 1,0 10-3 mol/L led to an increase in I0 up to 5,0 10-5 mol/L, higher luminol concentrations do not further increased I0. In the presence of CTAB, I0 increased linearly with the H2O2 concentration in the interval studied (2,0 10-5 to 6,7 10-4 mol/L). An increase in I0 was also observed on increasing the hemin concentration from 8,0 10-8 to 8,0 10-6 mol/L. An increase of the luminol concentration from 5,0 10-7 to 5,0 10-5 increased the observed I0, which did not change for higher luminol concentrations. The cmc of CTAB was measured in the reaction conditions (phosphate buffer pH 11,6 and µ= 0,1), and the value determined, 2 10-4 mol/L, was five times lower than the cmc in water. The absorption spectra of hemin and luminol in different CTAB concentrations showed significant variation with the surfactant concentration, indicating an interaction between these reagents and the surfactant. With these studies it was possible to understand well the behavior of the system and to establish experimental conditions which lead to kinetic curves with a slow emission intensity decay and relatively high I0, ideal conditions for the performance of the anti-radical capacity assay. The effect of trolox, the antioxidant used as reference, was evaluated in this conditions in the systems based on the three surfactants. In all the cases a linear correlation between the trolox concentration and the suppressed area in the emission kinetics was observed. This area is proportional to the number of radicals trapped by the antioxidant. Detection limits for trolox were below 1,0 10-7 mol/L, and the linear range was at least one order of magnitude (concentrations higher than 2,0 10-6 mol/L were not evaluated). The antioxidant capacity (n) was determined in the reaction medium containing CTAB for vitamin E (n= 3,5 ± 0,1), rutin (n=4,0 ± 0,2), quercetin (n=3,8 ± 0,4) and uric acid (n=1,3 ± 0,1). The n values determined by this method were very similar to those measured with the DPPH assay. Hence, the assay developed with luminol in micelar media was adequate to evaluate the anti-radical capacity of hidrosoluble as well as liposoluble compounds. The assay conditions established in the presence of CTAB allowed the consecutive injection of antioxidant samples during the same kinetic run. The values determined in this consecutive injection assay proved to be very similar to those obtained in the assay where injections were made individually. This method allows automation, economy of reagents and reduction of assay time

A presente Tese tem por objetivo estudar alguns aspectos das interações água-detergente que são importantes para o entendimento das propriedades fisico-químicas da própria micela. além das interações que ocorrem na pseudo-fase micelar. Estas interações foram estudadas utilizando-se duas técnicas: RMN de 1H, para avaliar o efeito de micelas aquosas iônicas, zwitteriônicas e não-iônicas sobre a estrutura da água; e o estudo cinético da hidrólise espontânea de um éster do ácido carbônico, para determinar a reatividade cinética desta água além de, possivelmente, esclarecer alguns aspectos da questão da penetração da água na micela. Foi determinado o efeito da concentração do detergente e a presença de deutério no solvente sobre os deslocamentos químicos dos prótons da água. Foi usada a seguinte série de detergentes: dodecilsulfato de sódio (SOS, aniônico), dodecilbenzenossulfonato de sódio (SDBS, aniônico), perfluoroctanoato de sódio (SPFO, aniônico), cloreto de cetiltrimetilamônio (CTACl, catiônico), éter octilfenil(9,5)polioxietilênico (TX-100) e dodecildimetilamônio-3-propanossulfonato (DDAPS, zwitteriônico). O deslocamento químico dos prótons da água. depende linearmente da concentração de detergente e os coeficientes angulares das retas são sinsíveis à concentração de deutério no solvente. A partir destas correlações foram calculados os fatores de fracionamneto deutério/prótio,φ cujas magnitudes dão uma idéia quantitativa do efeito do detergente sobre a estrutura da água. Para averiguar a origem micelar do fracionamento observado, foram determinados também os fatores de fracionamento para compostos modelos. Estes são constituídos de cadeias carbônicas curtas que não formam agregados mas que possuem os mesmos grupos hidrofílicos dos detergentes. Foram usados os seguintes compostos como modelos: butilsulfato de sódio (modelo para SDS), p-tolouenossulfonato de sódio (modelo para SDBS), perfluorobutirato de sódio (modelo para SPFO) e brometo de butiltrimetilamônio (modelo para CTACl). Os resultados obtidos mostram que estes compostos perturbam pouco a estrutura água e são diminuidores da sua estrutura. Os detergentes, com a excessão de DDAPS e TX-100, claramente aumentam a estrutura da água devido a efeitos eletrorrestritivos. Interações inter e intramoleculares entre os íons do DDAPS resultam numa neutralização interna das cargas e explicam o seu pequeno efeito (aumento) sobre a estrutura do solvente. Nao é fácil oferecer uma explicação simples para a diminuição da estrutura da água na presença de TX-100, pois existe a interferência de fatores cujos efeitos sobre o fracionamento não podem ainda ser avaliados. Entre estes destacamos o enrolamento das cadeias oxietilênicas do detergente. a presença de água fisicamente presa entre estas cadeias e o fato de que a distruibição das moléculas de água entre as unidades de oxietileno não é homogênea. Foram determinadas as constantes de velocidade, os parâmetros de ativação e o efeito isotópico cinético do solvente para a hidrólise independente do pH de carbonato de bis(2,4-dinitrofenila) , na presença de SDS, CTABr, CTACl, TX-100 de cetildimetilamônio-3-propanossulfonato (HDAPS) . O efeito micelar foi analisado em termos da transferência do éster do seio aquoso para água micelar, e do efeito salino acoplado a fatores eletrostáticos das micelas iônicas. Como modelo para o efeito da transferência do meio, a reação foi estudada em misturas de água e acetonitrila. O efeito salino foi avaliado estudando a reação em presença de alguns dos compostos-modelo acima mencionados. Houve mudanças marcantes na entropia e na entalpia de ativação da reação somente em presença de grandes quantidades de acetonitrila no solvente (fração molar de 0,55 a 0,90). O efeito salino foi pequeno. Todos os detergentes, especialmente o SDS, diminuiram velocidade da reação devido a fatores entálpicos desfavoráveis. Para ter uma idéia do sítio da solubilização do éster nas micelas usadas, estudamos o efeito de acetato e decanoato de p-nitrofenila (compostos usados como modelo para CDNF), sobre os deslocamentos químicos dos grupos de cada detergente. Os resultados mostram que o sítio de solubilização destes ésteres não está predominantemente na região da superfície da micela. Os ésteres movimentam-se rapidamente (em relação à escala do tempo da RMN), em todo volume da micela. Efetuamos um cálculo simples mostrando que a penetração da água até os primeiros dois grupos metilênicos pode dar origem a um volume hidratado da micela de mais de 50%. Uma consideração dos parâmetros de ativação, dos resultados de RMN de 1H e do significado do cálculo do volume micelar efetuado, nos levou a concluir que nossos dados cinéticos podem ser explicados sem a necessidade de assumir uma micela extensivamente hidratada, como por exemplo aquela proposta pelo modelo de aglomeração poros (porous cluster model). / Study of micelle-water interactions is relevant to the physical chemistry of the micelle itself, and for a better understanding of the interactions occuring therein. In the present thesis two aspects of these interactions were studied: the effect of the organized assembly on the structure of water at the micellar interface, and on the kinetic reactivity of water as probed by examining the pH-independent (spontaneous) hydrolysis of a carbonate ester. The effect of the following surfactants on the structure of water was studied: sodium dodecylsulphate (SDS, anionic) sodium dodecylbenzene sulphonate (SDBS, anionic), sodium perfluorooctanoate (SPFO, anionic), cetyltrimethylammonium chloride (CTACl, cationic), polyoxyethylene (9.5) octylphenyl ether (TX-100, nonionic), dodecyldimethylammonio-3-propane sulphonate (DDAPS, zwitterionic). The dependence of the chemical shift of the water protons on the surfactant concentration, and on the deuterium content of the solvent was used to calculate the deuterium/protium fractionation factor, φ. The magnitude of the latter (relative to unity, the fractionation factor for bulk water) gives a quantitative idea of the solvent structure perturbation by the micellar pseudophase. In order to ascertain that the observed D/H fractionation is micelle-induced, the fractionation factors for model compounds were also determined. These were short-chain, i.e., non-aggregating compounds bearing the same head-groups as the surfactants. The following model compounds were used: sodium butylsulphate (model for SDS), sodium p-toluenesulphonate (model for SDBS), sodium perfluorobutyrate (model for SPFO) and butyltrimethylammonium bromide (model for CTACl). The following conclusions were drawn from the determined fractionation factors: whereas the short-chain compounds perturb the structure of water only slightly, and are usually water structure breakers, the presence of the micelles clearly enhances the structure of the solvent. Exceptions are zwitterionic DDAPS (marginal structure enhancement) and nonionic TX-100 (water structure decrease). The behavior of the zwitterionic surfactant was explained based on the negligible electrostrictive effect of the micelle due to inter and intramolecular interactions between the head-ions. A simple rationale for the case of TX-100 is not easy because of can complicate such interpretation: the followino factors that coiling of the oxyethylene chains, physical trapping of water between the chains, noneven distribution of the water molecules along the oxyethylene chains. Rate constants, activation parameters, solvent kinetic isotope effect were determined for the pH-independent hydrolysis of 2,4-dintrophenyl carbonate in the presence of SDS, CTABr, CTACl. TX-100 and cetyldimethylammonio-3-propane sulphonate (HDAPS). The micellar effect was analyzed in terms of a transfer Effect, a salt and an electrostatic effect. The first refers to the transfer of the ester form bulk water to \"micellar\" water, and was mimicked by studying the reaction in water-acetonitrile mixtures. Salt effect was evaluated by conducting the hydrolysis in the presence some of the above mentioned short-chain compounds. For the reaction in aqueous acetonitrile the entropy and enthalpy of activation showed sizable changes only at high mole fraction (0.55 to 0.90) of the organic solvent. Salt effect was negligible. The tested detergents, specially SDS, slow the reaction rate due to unfavorable enthalpy. The solubilization site of the ester in the micelles was assesed by 1H NMR. using p-nitrophenyl acetate and decanoate as models. This study showed that the ester in the micelles is not localized at, or very near, to the micelle/water interface, but is rapidly moving (on the NMR time-scale) all over the micellar volume. Analysis of the obtained activation parameters, coupled with the 1H NMR data, and with the result of simple geometric calculation led us to conclude that deep water penetration in the micelle (e.g ., according to the porous cluster model) is not essential to rationalize our data.

Nesta dissertaçao foram estudadas as reações de aminólise de benzoatos por dodecilamina (DA), propionato de dodecilamôrtio (DAP) e suas misturas em ciclohexano. Foram usados os ésteres do tipo X-Ø-CO2-Ø-NO2 (X=NO2,CH3O,CH3,H e Cl) e NO2-Ø-CO2-Ø-Y (Y=CH3 , H, Cl e CN). A aminólise de ésteres por DA é de segunda ordem em amina e está associada com entropias de ativação altamente negativas e pequenas eutalpias de ativação. A reação é muito mais sensível à natureza do grupo abandonador que da acila. Na reaçao com DAP micelar mostrou-se claramente que o grupo carboxilato de detergente atua com base geral e não como nucleófilo. A reação é de segunda ordem em DAP e apresentou as mais altas entropias de ativação. O valor de ρ de Hammett era maior quando se variou o grupo Y, mostrando que a reação, como com DA, é mais sensível à natureza do grupo fugitivo. O valor da razão ρY/ρX mostrou que o grupo abandonador é o íon fenóxido p-substituido. Uma prova adicional deste fato, foi obtida dos resultados de aminólise em presença de água solubilizada. O DAP micelar aumentou a velocidade de aminólise por DA, por fatôres desde 132 vêzes (Cl/NO2) até 311 vêzes (NO2/NO2 ). A aminólise de ésteres por DA+DAP apresentou parâmetros de ativação, cujos valores são intermediários àqueles para as reações com DA e com DAP respectivamente. Os valores de ρ de Hammett foram similares aqueles obtidos para a reação com DAP somente. Baseados nos resultados previamente reportados, foram sugeridos esquemas para as reações. Eles envolvem a formação de intermediários tetraédricos (aniônicos para as reações com DA e com DAP e zwitteriônicos para a aminólise por DAP), cujo colapso é determinante da velocidade. / In this thesis the aminolysis of benzoate esters by dodecylamine (DA), dodecylammonium propionate (DAP) and their mixtures in cyclohexane was studied. The esters used were X-ØCO2ØNO2 (X=NO2CH3O,CH3,H e Cl) and NO2ØCO2ØY (Y=CH3,H,Cl e CN). Ester aminolysis by DA is second order in the amine and is associated with a highly negative entropies and small euthalpies of activation. The reaction is much more sensitive to the nature of the leaving group than that of the acyl one. In the reaction with micellar DAP it was clearly showed that the carboxylate group of the surfact and is acting as a general base, not as a nucleophile. The reaction was found to be second order in the surfactant and showed the highest entropies of activation. The Hammett ρ value was larger when was varied, showing that the reaction, like that with DA, is more sensitive to the nature of the leaving group. From the ratio ρY/ρX it was shown that the leaving group is the P-substituted phenoxide ion. Additional proof for this was reached from the results of aminolysis in the presence of solubilized water. Micellar DAP enhance the rate of aminolysis by DA by factors ranging from 132 times (Cl/NO2) to 311 times (NO2/ NO2). Ester aminolysis by DA+DAP has activation parameters which are intermediate between those for the reactions with DA, and with DAP, respectively. The Hammett ρ values were similar to those obtained for the reaction with DAP alone. Based on the previous data schemes for the reactions were suggested. They involve the formation of tetrahedral intermediates (anions for the reaction with DA and with DA+DAP, and zwitterion for the aminolysis by DAP) whose collapse are rate limiting.

Terpenos são os principais constituintes dos óleos essenciais e vêm sendo explorados há mais de 3500 anos pela humanidade. Por conta das suas propriedades flavorizantes, são amplamente empregados na indústria de cosméticos e perfumaria. Apresentam ainda uma infinidade de funções biológicas, como promoção de polinização nas plantas, e proteção contra pragas e animais. Além dessas funções, muitos compostos possuem ainda atividade antimicrobiana, anti-inflamatória, antifúngica, entre outras. Tendo em vista a simplicidade estrutural dos terpenos e a alta hidrofobicidade que sugere fracas interações intermoleculares, é difícil de se imaginar como esses compostos conseguem desempenhar funções tão específicas e diversas. É de se esperar que quanto mais complexa a estrutura do composto, mais fácil seja seu reconhecimento pelo organismo. Isso mostra o grande poder de reconhecimento do meio biológico. Nesse trabalho, os parâmetros termodinâmicos de transferência da fase aquosa para a fase micelar de 10 terpenos (carvona, cânfora, cumeno, t-anetol, eugenol, limoneno, citronelal, linalol, terpineol e verbenona) e cumarina em dois sistemas, SDS 30 mmol.kg-1 + TBS 20 mmol.kg-1 e SDS 30 mmol.kg-1 + TBS 20 mmol.kg-1 + 10% v/v de etanol foram determinados buscando elucidar a incorporação micelar desses compostos. Micelas apresentam compartimentos com diferentes polaridades e podem servir como modelo para mimetizar as diferentes interações no meio biológico. Dessa forma, a utilização da cromatografia eletrocinética micelar (MEKC, do inglês Micellar Electrokinetic Chromatography) na determinação dos coeficientes de partição e dos parâmetros termodinâmicos de transferência entre as fases aquosa e micelar desses solutos pode contribuir para o entendimento da distribuição bem como auxiliar na compreensão das funções que os mesmos desempenham na natureza. A hipótese de que os parâmetros termodinâmicos podem elucidar detalhes da incorporação micelar foi ainda testada através da busca de relações lineares de energia de solvatação (LSER, do inglês Linear Solvation Energy Relashionships) com o intuito de evidenciar as principais características moleculares que contribuem para o processo detransferência. Os modelos LSER foram estudados através de regressão múltipla e análises multivariadas de PLS, SPLS, PLS-DA e SPLS-DA, com o objetivo de verificar as propriedades dos terpenos que explicam sua incorporação nas micelas. Outras análises estatísticas multivariadas, como análise de agrupamentos e PCA, foram utilizadas para estudar a variabilidade estrutural dos compostos selecionados, bem como, determinar se os descritores teóricos calculados conseguem descrever as características estruturais dos terpenos. O estudo da termodinâmica de transferência de solutos neutros da fase aquosa para a fase micelar demonstrou que mesmo pequenas diferenças estruturais das moléculas contêm informação sobre a distribuição dos compostos nos compartimentos micelares. Também podese inferir sobre o efeito do etanol nas partições e sobre a própria estrutura micelar. Os resultados para o limoneno mostraram a complexidade envolvida nas partições, levando a ideia de restrição de volume nas micelas modificadas por álcool. Resultados de LSER mostraram que a transferência da fase aquosa para a fase micelar desses compostos é governada principalmente pela interação hidrofóbica onde Vx (Volume de McGowan) foi selecionado como um dos descritores mais importantes para explicar lnP. A análise comparativa dos resultados obtidos pelos dois métodos (estudo dos parâmetros termodinâmicos e LSER) indicou similaridade de resultados. Isso demonstra a grande confiabilidade dos resultados e, então, que estudos similares usando outras soluções micelares e outras classes de compostos (hormônios, flavonoides, aminas, etc.) podem ser muito promissores. / Terpenes are the main constituents of essential oils and have been explored for more than 3,500 years. Because of their flavoring properties, terpenes are widely used in the cosmetics and perfumery industry. They also exert a multitude of ecological functions, such as the promotion of plant pollination and protection against pests and animals. In addition, many compounds have antimicrobial, antifungal, anti-inflammatory activities and others. Given the structural simplicity of terpenes and the high hydrophobicity that suggests weak intermolecular interactions, it is difficult to imagine how these compounds can perform such specific and diverse functions. It is expected that the more complex the structure of the compound, the easier it is its recognition by the organism, which does not seem to be true for this class showing the great power of recognition of the biological system. In this work, the thermodynamic parameters of aqueous and micellar phase transfer of ten terpenes (carvone, camphor, cumene, t-anethol, eugenol, limonene, citronellal, linalool, terpineol, and verbenone) and coumarin in two systems, 30 mmol.kg-1 of SDS + 20 mmol.kg-1 of TBS and 30 mmol.kg-1 of SDS, 20 mmol.kg-1 of TBS, and 10% v/v of ethanol were determined to elucidate the micellar distribution of these compounds. Micelles have compartments that possess different polarities and might be a model to mimic the different interactions that terpenes may have in the biological environment. Thus, the use of micellar electrokinetic chromatography (MEKC) in the determination of the partition coefficients and the thermodynamic parameters of transfer of the aqueous phase to the micellar phase of these solutes can contribute to the understanding of the distribution, as well as help in the understanding of the functions they perform in nature. The hypothesis that the thermodynamic parameters can elucidate details of the micellar incorporation was further analyzed through the search of Linear Solvation Energy Relashionships (LSER), in order to highlight the main molecular characteristics that contribute to the transfer process. The LSER models were studied through multiple regression and other multivariate analyzes, such as PLS, SPLS, PLS-DA and SPLS-DA, in order to verify the properties of terpenes that explain their incorporation into micelles.Other multivariate statistical analysis, such as cluster analysis and PCA were used to study the structural variability of the selected compounds, as well as to determine if the calculated theoretical descriptors can describe all the structural characteristics of the terpenes. The study of thermodynamics of transfer of neutral solutes from the aqueous phase to the micellar phase has shown that even small structural differences of the molecules contain information about the distribution of the compounds in the micellar compartments. It was also possible to infer about the effect of ethanol on the partitions and on the micellar structure. The results for limonene showed the complexity involved in the partitions, showing that occurs volume restriction in alcohol-modified micelles. Results from LSER showed that the transfer of these compounds is mainly governed by hydrophobic interactions where Vx (McGowan volume) was selected as one of the most important descriptors to explain partition. The comparative analysis of the results obtained by the two methods (thermodynamic parameters studies and LSER) indicated similarity of results. This demonstrates the great reliability of the methods, and that similar studies using other micellar solutions and other classes of compounds (hormones, flavonoids, amines, etc.) might be very promising.

O presente estudo versa sobre a proposição ou extensão de modelos simples para descrever os seguintes fenômenos envolvendo agregados anfifílicos: i-) Influência de sal na concentração micelar crítica (CMC) e número médio de agregação () de micelas zwitteriônicas. ii-) Influência da interação eletrostática (neste caso, repulsiva) e tamanho de \"domínios\" nas isotermas de monocamadas iônicas insolúveis. iii-) Influência do tamanho e polaridade do \"pool\" aquoso de micelas reversas de AOT na reprotonação de sondas fotoácidas aniônicas. Em i-), foi assumido o formalismo termo-molecular para a energia livre de micelização, necessária nas estimativas da CMC e . A energia livre de micelização foi descrita como aditiva, com termos descrevendo a interação interfacial do agregado com o solvente (no caso, água), a repulsão estérica entre as \"cabeças\" do detergente, empacotamento das \"caudas\" e interação dipolar entre os \"zwitterions\". Embora nos formalismos termo-moleculares convencionais, micelas zwitteriônicas não sejam afetadas por eletrólitos, dados experimentais de supressão de fluorescência, salto de pH com sondas fotoácidas, espalhamento de luz dinâmico e estático e condutividade indicam que micelas zwitteriônicas \"ligam\" íons e \"ligam\" seletivamente. A ligação iônica pode ser tratada como um processo de absorção ou adsorção e muda a interação eletrostática das \"cabeças\". Assim, o formalismo termo-molecular foi estendido para incluir as propriedades elétricas de um capacitor com a casca externa permeável aos íons como modelo de micela zwitteriônica. Em ii-), uma nova expansão para potenciais repulsivos (chamada de expansão y) foi aplicada ao problema da interação entre detergentes iônicos em monocamadas insolúveis e comparada com a expansão virial. A interfase foi modelada como uma mistura de pseudo-fluidos bidimensionais, no nível de descrição de McMillan-Mayer (onde o solvente não aparece explicitamente, ou seja, a pressão calculada é uma pressão osmótica). A interação intermolecular na interfase foi considerada como a soma de um potencial de curto alcance (disco rígido) e um termo de longo alcance (potencial de campo médio). Na transição entre as fases líquido-condensada e líquido-expandida, a pressão do sistema é descrita por uma interpolação entre dois subsistemas na mesma densidade superficial. Finalmente em iii-), um modelo para reprotonação de uma sonda fotoácida residindo no pool aquoso de micelas reversas de AOT foi desenvolvido. A sonda (8-hidroxi-1,3,6-pirenotrisulfonato) foi tratada como uma partícula esférica posicionada no centro de um poro esférico (\"pool\" da micela reversa). A constante de reprotonação no poro foi calculada via equação de Debye-Smoluchowski junto com o potencial de força média calculado segundo a equação de Poisson-Boltzmann. O efeito da constante dielétrica aparente na reprotonação foi explorado. / The present work focus on the proposition or extension of simple models to describe the following phenomena involving amphiphile self-association aggregates: i-) Salt influence on the critical micelle concentration (CMC) and on the averaged association number () of zwitterionic micelles. ii-) Influence of the electrostatic interaction (repulsive, in this case) and of the domain size in the isotherms for ionic insoluble monolayers. iii-) Effect of size and polarity of the aqueous pool of AOT reverse micelles in the reprotonation of anionic photoacid probes. For i-), the thermo-molecular formalism for the micellization free energy, necessary for the estimate of the CMC and was assumed. The micellization free energy was described by the addition of the following terms: the interfacial interaction of the aggregate with the solvent (water, in this situation), the steric repulsion among the surfactant headgroups, the packing of the hydrocarbon tails, and the dipolar interaction among the headgroup dipoles. Although in the conventional thermo-molecular formalism zwitterionic micelles are not affected by electrolytes, experimental data including fluorescence quenching, próton jump of photoacid probes, static and dynamic light scattering, and conductivity demonstrate that these aggregates bind ions and bind selectively. The ionic binding can be treated as an absorption or adsorption process and change the electrostatic interaction among the headgroup. Thus, the thermo-molecular formalism was extended to include the electrical properties of a capacitor having the external shell permeable to ions as model of zwitterionic micelles. For ii-), a new expansion for the repulsive potentials (called y expansion) was applied to the problem of the interaction between surfactants in an insoluble monolayer and compared with the virial expression. The interface was modeled as a mixture of two-dimensional pseudo-fluids in McMillan-Mayer description level where the solvent does not appears explicitly, that is the calculated pressure is an osmotic pressure. The interfacial intermolecular interaction was considered as the sum of a short-range potential (hard disc) and a long-range term (mean field potential). In the condensed liquid and expanded liquid transition, the surface pressure can be described by an interpolation between two subsystems at the same surface density. Finally in iii-), a recombination model for a photoacid probe residing in the aqueous core of AOT reverse micelles was developed. The probe (8-hidroxi-1,3,6-pyrenetrisulfonate) treated as a spherical particle was positioned in the center of a spherical pore (micelle aqueous pool). The reprotonation was calculated by the Debye-Smoluchowski equation added to the potential of mean force derived from the Poisson-Boltzmann equation. The effect of the apparent dielectric constant in the reprotonation was explored.

Neste trabalho, estudou-se o efeito da adição de acetonitrila nas propriedades de micelas do detergente aniônico, dodecil sulfato de sódio (SDS), e do detergente catiônico, cloreto de hexadeciltrimetilamônio (CTACl). Medidas de condutividade foram utilizadas para determinar a concentração micelar crítica, cmc, e o grau de dissociação, α, das micelas em função da fração molar de acetonitrila, XAc. Medidas de supressão de fluorescência, resolvida no tempo, com pireno como sonda, foram utilizadas para determinar a influência de acetonitrila no número de agregação das micelas, N, e na dinâmica de migração de solutos entre as fases aquosa e micelar. Em baixas frações molares XAc < 0,2), a acetonitrila insere-se nas cavidades da água, quebrando parcialmente as pontes de hidrogênio da água com a formação de novas pontes de hidrogênio entre as moléculas de acetonitrila e as moléculas de água. Nesta faixa de concentração, ocorre um aumento da cmc e do α, acompanhada de uma diminuição de N. Observa-se também alterações na dinâmica da interação de contra-íons e co-íons supressores na micela. Assim, as micelas de SDS e CTACl formadas em misturas acetonitrila-água são menores, mais dissociadas e apresentam maior fluidez interna. Ao redor de XAc = 0,2, as misturas de água-acetonitrila tornam-se microheterogêneos com o aparecimento de microdomínios ricos em acetonitrila e microdomínios ricos em água. A proporção das regiões ricas em acetonitrila aumenta com o aumento da fração molar de acetonitrila, com apenas pequenas modificações das propriedades dos dois tipos de microdomínios. Em XAc > 0,2 a variação de cmc e de α com a XAc passa a ser menos acentuada, sugerindo que o detergente forma agregados preferencialmente nas regiões mais aquosas; a sonda fluorescente pireno começa sair das micelas durante o tempo de vida do estado excitado; e há claras mudanças na dinâmica de incorporação de íons nos agregados. / This work presents a study of the effect of added acetonitrile on the properties of the micelles of the anionic detergent sodium dodecylsulfate (SDS) and the cationic detergent hexadecyltrimethylammonium chloride (CTACl). Conductimetric measurements were employed to determine the critical micelle concentration, cmc, and the degree of counterion dissociation, α, of the micelles as a function of the mole fraction of added acetonitrile, XAc. Time resolved fluorescence quenching measurements with pyrene as probe were employed to determine the effect of acetonitrile on the micellar aggregation number, N, and the dynamics of solute migration between the micellar and aqueous phases. At low mole fractions (XAc < 0.2), acetonitrile inserts into the cavities present in liquid water, partially disrupting the hydrogen bonding of water, with formation of new hydrogen bonds between water and acetonitrile. In this range, both the cmc and α increase, while N decreases. The dynamics of incorporation of counterionic and coionic quenchers into the micelles is also altered. Thus, the SDS and CTACl micelles formed in these acetonitrile-water mixtures are smaller, more highly dissociated and internally more fluid than those in aqueous solution. Above XAc of ca. 0,2, acetonitrile-water mixtures become microheterogeneous, the solution containing microdomains rich in acetonitrile and microdomains rich in water. The proportion of acetonitrile-rich microdomians increases with increasing XAc, with only small changes in the properties of the two types of microdomains. Correspondingly, at XAc > > ca. 0.2: the variation of the cmc and α with XAc is much less pronounced, suggesting that the detergent forms aggregates preferentially in the aqueous-rich domains; the fluorescence probe pyrene begins to exit the micelles during its excited state lifetime; and there are distinct changes in the rate constants for the incorporation of ions into the micelles.

Neste trabalho, estudou-se o efeito da adição de acetonitrila nas propriedades de micelas do detergente aniônico, dodecil sulfato de sódio (SDS), e do detergente catiônico, cloreto de hexadeciltrimetilamônio (CTACl). Medidas de condutividade foram utilizadas para determinar a concentração micelar crítica, cmc, e o grau de dissociação, α, das micelas em função da fração molar de acetonitrila, XAc. Medidas de supressão de fluorescência, resolvida no tempo, com pireno como sonda, foram utilizadas para determinar a influência de acetonitrila no número de agregação das micelas, N, e na dinâmica de migração de solutos entre as fases aquosa e micelar. Em baixas frações molares XAc < 0,2), a acetonitrila insere-se nas cavidades da água, quebrando parcialmente as pontes de hidrogênio da água com a formação de novas pontes de hidrogênio entre as moléculas de acetonitrila e as moléculas de água. Nesta faixa de concentração, ocorre um aumento da cmc e do α, acompanhada de uma diminuição de N. Observa-se também alterações na dinâmica da interação de contra-íons e co-íons supressores na micela. Assim, as micelas de SDS e CTACl formadas em misturas acetonitrila-água são menores, mais dissociadas e apresentam maior fluidez interna. Ao redor de XAc = 0,2, as misturas de água-acetonitrila tornam-se microheterogêneos com o aparecimento de microdomínios ricos em acetonitrila e microdomínios ricos em água. A proporção das regiões ricas em acetonitrila aumenta com o aumento da fração molar de acetonitrila, com apenas pequenas modificações das propriedades dos dois tipos de microdomínios. Em XAc > 0,2 a variação de cmc e de α com a XAc passa a ser menos acentuada, sugerindo que o detergente forma agregados preferencialmente nas regiões mais aquosas; a sonda fluorescente pireno começa sair das micelas durante o tempo de vida do estado excitado; e há claras mudanças na dinâmica de incorporação de íons nos agregados. / This work presents a study of the effect of added acetonitrile on the properties of the micelles of the anionic detergent sodium dodecylsulfate (SDS) and the cationic detergent hexadecyltrimethylammonium chloride (CTACl). Conductimetric measurements were employed to determine the critical micelle concentration, cmc, and the degree of counterion dissociation, α, of the micelles as a function of the mole fraction of added acetonitrile, XAc. Time resolved fluorescence quenching measurements with pyrene as probe were employed to determine the effect of acetonitrile on the micellar aggregation number, N, and the dynamics of solute migration between the micellar and aqueous phases. At low mole fractions (XAc < 0.2), acetonitrile inserts into the cavities present in liquid water, partially disrupting the hydrogen bonding of water, with formation of new hydrogen bonds between water and acetonitrile. In this range, both the cmc and α increase, while N decreases. The dynamics of incorporation of counterionic and coionic quenchers into the micelles is also altered. Thus, the SDS and CTACl micelles formed in these acetonitrile-water mixtures are smaller, more highly dissociated and internally more fluid than those in aqueous solution. Above XAc of ca. 0,2, acetonitrile-water mixtures become microheterogeneous, the solution containing microdomains rich in acetonitrile and microdomains rich in water. The proportion of acetonitrile-rich microdomians increases with increasing XAc, with only small changes in the properties of the two types of microdomains. Correspondingly, at XAc > > ca. 0.2: the variation of the cmc and α with XAc is much less pronounced, suggesting that the detergent forms aggregates preferentially in the aqueous-rich domains; the fluorescence probe pyrene begins to exit the micelles during its excited state lifetime; and there are distinct changes in the rate constants for the incorporation of ions into the micelles.

Multidimensional characterization of polyelectrolytes and interpolyelectrolyte complexes in aqueous solutions Abstract: This PhD thesis is dedicated to the study of polyelectrolytes and their self-assembly in aqueous solutions. The morphology and ionization state of individual polymer chains were investigated as well as their co-assembly with oppositely charged species. First, the charge regulation of short and long weak polyelectrolytes in aqueous solution was investigated to deeper understand their pH-responsive properties. The changes of ionization degree and charge of oligopeptides composed of 5 amino acids with acid side-chains and 5 with basic side chains were followed upon varying the pH in order to reveal the effect of interactions between the like-charged and oppositely charged groups. It was shown that intra-molecular electrostatic interactions and conformational flexibility caused the suppression of the total charge and enhancement of ionization of the peptides. To get an insight into the distribution of local H+ concentration in the proximity of a polyelectrolyte chain, a modified polyelectrolyte structure was used with a fluorescent pH- indicator, covalently attached at the end of the chain. Ionization of the pH-responsive fluorophore revealed its effective pK which was compared with the local...