Multiple-quantum NMR on structure, orientation, morphology and dynamics of polymers, biomolecules and ordered tissues

Abstract

A survey of recent homo- (1H) and heteronuclear (13C–1H) multiple-quantum (MQ) NMR experiments performed in our group at RWTH-Aachen on soft solids is given. MQ build-up curves are used for measurement of residual van Vleck moments and as dipolar filters in spin-diffusion experiments. The orientation studies were made with the help of MQ edited spectra that show Pake doublets. Proton homonuclear as well as 13C–1H heteronuclear residual dipolar couplings were measured site-selectively and for the overall polymer chains and correlated with the cross-link density and network deformation in elastomers and thermoplastic elastomers. The heterogeneity of the segmental dynamics of poly(dimethylsiloxane) chains grafted onto hydrophilic silica was studied by bimodal double- (DQ) and triple-quantum (TQ) build-up curves. The complex morphology of Nylon-6 fibers was characterized with the help of spin-diffusion experiments using a new dipolar filter based on the excitation of DQ coherences. The same procedure was employed for the investigation of the distribution of the residual dipolar couplings of lecithin molecules grafted on the walls of submicrone cylindrical pores. The distribution of the orientation of collagen fibrils in Achilles tendons was estimated from 1H DQ filtered spectra. To cite this article: A. Adams Buda et al., C. R. Chimie 9 (2006). Nous présentons ici les expériences récentes en RMN multi-quanta (MQ) homo- (1H) et hétéronucléaire (13C–1H) réalisées sur des solides mous dans notre groupe à l’université d’Aix-la-Chapelle. Des courbes de montée MQ ont été utilisées pour mesurer les moments résiduels de van Vleck et comme filtres dipolaires dans les expériences de diffusion de spin. L’édition des spectres MQ montrant des doublets Pake a également permis d’étudier les systèmes orientés. Les couplages dipolaires résiduels homo 1H–1H et hétéronucléaires 13C–1H ont été mesurés sélectivement sur certains sites ainsi que pour l’ensemble des chaînes polymères et corrélés avec la densité de réticulation et la déformation du réseau dans les élastomères et les polymères thermoplastiques. L’hétérogénéité dynamique des segments dans les poly(diméthylsiloxanes) greffées sur la silice hydrophile a été visualisée au travers d’une distribution bimodale des courbes de montée à deux et à trois quanta. La morphologie complexe de fibres de nylon-6 a été caractérisée à l’aide d’expériences de diffusion de spin utilisant un nouveau filtre dipolaire basé sur l’excitation de cohérences à deux quanta. La même procédure a été utilisée pour étudier la distribution des couplages dipolaires résiduels de molécules de lécithine greffées sur les parois de pores cylindriques. La distribution de l’orientation des fibres de collagène dans les tendons d’Achille a été estimée à partir de spectres filtrés à deux quanta. Pour citer cet article : A. Adams Buda et al., C. R. Chimie 9 (2006).