Dokument: Untersuchung von Gastdiffusion in porösen Materialien mittels kernmagnetischer Resonanzspektroskopie unter Einsatz gepulster Feldgradienten (PFG-NMR) und Konformationsstudien von N,O-substituierten Hydroxamaten mittels dynamischer 1D- und 2D-NMR Methoden

Titel:	Untersuchung von Gastdiffusion in porösen Materialien mittels kernmagnetischer Resonanzspektroskopie unter Einsatz gepulster Feldgradienten (PFG-NMR) und Konformationsstudien von N,O-substituierten Hydroxamaten mittels dynamischer 1D- und 2D-NMR Methoden
Weiterer Titel:	Investigation of guest diffusion in porous materials using pulsed field gradient nuclear magnetic resonance spectroscopy (PFG-NMR) and conformational studies on N,O-substituted hydroxamates by dynamic 1D- and 2D- NMR methods
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=44495
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180305-081926-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dipl.-Chem. Thoma, Roland [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 7,73 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 21.12.2017 / geändert 21.12.2017
Beitragende:	Prof. Dr. Janiak, Christoph [Gutachter] Prof. Dr. Seidel, Claus A. M. [Gutachter]
Stichwörter:	PFG-NMR; diffusion; porous-materials, MOFs, metal-organic-frameworks, dynamic 1D/2D NMR, conformer elucidation
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	In der vorliegenden Dissertation werden zum einen Konformations-studien mittels 1D- und 2D-NMR Methoden behandelt und zum anderen PFG-NMR Studien zur Diffusion von Gastmolekülen inner-halb poröser Wirtsmaterialien, sowie der Aufbau eines PFG-NMR Spektrometersystems. Der Aufbau des Spektrometersystems beschränkte sich im Rahmen dieser Arbeit auf die Installation von PC-Hardware und v.a. der Anfertigung von Pulsprogrammen in der Programmiersprache Python. Die Konformationsstudien wurden an einem N,O-substituierten Hydroxamsäurederivat, sowie an Tetra- und Hexameren dieser Verbindungen durchgeführt. Die sekundären Strukturen der Oligomere konnten nicht mit Hilfe der erhobenen NOESY Daten aufgeklärt werden. Das untersuchte N,O-substituierten Hydroxamsäurederivat-Monomer hingegen zeigt einen chemischen Austausch bei -20 °C , dessen Ursprung es aufzukären galt. Durchführung dynamischer 1H-NMR Messungen lieferte die thermo-dynamischen Parameter des Austauschprozesses. Der Vergleich mit Literaturdaten sowie Tieftemperatur 2D-NOESY Messungen ergab, dass es sich mutmaßlich um eine Rotation des Moleküles um die N-O-Bindung handelt. Als poröse Materialien wurden Hydrogele sowie Metallorganische Netzwerke (MOFs) bzgl. Gastdiffusion untersucht. Bei der Untersuchung von Polyacrylamid Hydrogelen lieferten PFG-NMR Messungen von Aminodextranen, unterschiedlicher molarer Masse, innerhalb der Hydrogele sowie gelöst in Deuteriumoxid, zusätzliche Daten zu parallel durchgeführten FCS- und MTI Messungen der Arbeitsgruppen von Prof. Seidel und Prof. Egelhaaf. Die Untersuchungen der Diffusion von Gastmolekülen innerhalb Metallorganischer Netzwerke wurde unter Verwendung des MOFs MIL-53-NH2(Al) als Wirtsmaterial und des installierten ”home-built” PFG-NMR Spektrometersystems durchgeführt. Das MOF lag als inhomogenes Pulver, bestehend aus agglomerierten Primärkristallen, mit einer Größenverteilung von < 1 µm bis 100 µm, vor. PFG-NMR Untersuchungen von DMSO@MIL-53-NH2(Al) bei 5 °C offenbarten zwei Diffusionsregime unterschiedlichen Propagationsverhaltens. Diese Regime konnten den Agglomeraten d < 20 µm und d > 20 µm zugeordnet werden. Das Diffusionsverhalten eines Regimes konnte erfolgreich numerisch simuliert werden. The main topics of this thesis are, on one hand, conformational studies using 1Das well as 2D-NMR methods, and on the other hand, PFG-NMR experiments on guest diffusion in porous host materials. Additionally, parts of a ”home-built” PFG-NMR spectrometer-system were installed, moreover, pulse programs in the programming language Python were created. The conducted conformational studies were done using a N,O-substituted hydroxamic acid, as well as the tetra- and hexameric form. The secondary structure of the oligomers could not be revealed by Proton NOESY data. Low temperature NMR measurements of the N,O-substituted hydroxamic acid monomer showed the existance of chemical exchange. The cause of this exchange process was investigated by dynamic 1H-NMR and low-temperature 2D-NOESY spectra, yielding the activation parameters of the exchange process, as well as their spatial arrangement. This data collection hints to a chemical exchange based on a hindered rotation around the N-O bond. The used porous host materials for guest diffusion studies were polyacrylamide hydrogels, as well as metal-organic frameworks (MOFs).Diffusion studies on swollen hydrogels were conducted using aminodextrans with successively increasing molecular weights as diffusive tracer molecules inside the gel, as well as in solution. These results supported the findings of FCS- and MTI generated data, performed in the workgroups of Prof. Seidel and Prof. Egelhaaf. Guest diffusion in MOFs was accomplished by using the MOF MIL-53-NH2(Al) and DMSO at 5 °C as guest molecule, as well as the installed ”home-built” spectrometer system. The MOF sample consisted of irregularely formed crystal agglomerates with a broad diameter distribution. A diffusion model for this situation was formulated, yielding two diffusing regimes with different propagation patterns. Whereas one regime is located in agglomerates with diameters greater than 20 µm, showing anomal diffusion behavior, and the second regime, located in agglomerates with diameters less than 20 µm, shows indications for restricted diffusion. The latter regime was successfully simulated numerically in Matlab.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	05.03.2018
Dateien geändert am:	05.03.2018
Promotionsantrag am:	10.07.2017
Datum der Promotion:	26.07.2017