Untersuchungen zur molekularen und Spin-Dynamik in organischen Festkörpern mittels 2D- und 1D-MAS-NMR-Methoden

Abstract

In vorliegender Arbeit werden MAS-Austauschexperimente sowohl methodisch weiterentwickelt als auch auf verschiedene Probleme zur Untersuchung der molekularen und Spin-Dynamik in organischen Festkörpern angewendet. Insbesondere die Weiterentwicklung des 2D-MAS-Austauschexperimentes zum 1D-trODESSA-Experiment nimmt einen wichtigen Platz ein, wobei die Dimensionalität des Experimentes und damit die notwendige Aufnahmezeit ohne wesentlichen Verlust an Information reduziert wurde. Es können damit Experimente durchgeführt werden, die mit dem bisher zur Verfügung stehenden Repertoire an Methoden und Substanzen (natürliche Isotopenhäufigkeit) nicht möglich waren. Dabei sind vor allem komplizierte dynamische Prozesse mit Verteilungen von Zeitkonstanten oder Prozesse, die aus mehreren Elementarprozessen mit verschiedenen Zeitkonstanten zusammengesetzt sind, zu nennen. Das Verfahren ist auf alle NMR-aktiven Kerne, deren NMR-Frequenz von der anisotropen chemischen Verschiebung oder der quadrupolaren Wechselwirkung 1. Ordnung dominiert wird, anwendbar. Damit sind Experimente mit wichtigen Kernen wie 2H, 13C, 15N, 29Si, 31P, 129Sn, ... möglich und es eröffnen sich weite Anwendungsfelder sowohl im Bereich der organischen als auch der anorganischen Festkörper. Neben einer kompakten Darstellung der Methoden werden in 10 bereits erschienenen Veröffentlichungen Theorie und Anwendungen der Methode im Detail beschrieben. Ein Anhang faßt die wesentliche Theorie zusammen.

The object of this thesis is the methodological development of MAS exchange NMR methods as well as its application to various investigations of molecular and spin dynamics in organic solids. Particular emphasis is put onto the development of the 2D-MAS exchange experiment into the 1D-trODESSA method, where a major reduction of necessary experimental time was achieved by a reduction of the dimensionality of the method, without scarifying the information content of the experiment. It now becomes possible to carry out investigations that were not able to perform with the so far existing methods or substances (natural isotopic abundance). We focus in particular on complicated dynamic processes exhibiting distributions or the kinetic parameters as well as to processes that are composed from different elementary steps. The methods are applicable for all NMR active nuclei that NMR frequency is governed by the anisotropic chemical shift or quadrupolar interaction of 1st order. Thus, experiments utilizing such important nuclei like 2H, 13C, 15N, 29Si, 31P, 129Sn, ... are possible, opening new applications in the dynamic investigations of organic as well as inorganic solids. After an introduction of the methods, a more detailed description of theory and applications are presented by 10 already published papers. An appendix summarizes the essential theory.