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TheAbInitioCalculationoftheChemical
ShiftTensoranditsApplicationforthe
StructureDeterminationinOrderedand
DisorderedPhasesbyMeansofSolid State
NuclearMagneticResonance
Dissertation
zurErlangungdesGrades
“DoktorderNaturwissenschaften“
amFachbereichChemieder
Universitat¨ Bayreuth
JanSehnert
geboreninEssen
Bayreuth2007Fur¨ meinenganzpersonlichen¨ plapperndenAffen.Die vorliegende Arbeit wurde unter der Betreuung
von Prof. Dr. J. Senker in der Zeit vom Januar bis
zum Dezember 2004 an der Ludwigs Maximilians
Universitat¨ in Munchen¨ und vom Januar 2005 bis
zum Juni2007 an derUniversitat¨ Bayreuthangefer-
tigt.
Vollstandiger¨ Abdruck der von der Fakultat¨ Biolo
gie, Chemie und Geowissenschaften der Universitat¨
Bayreuth genehmigten Dissertation zur Erlangung
des akademischen Grades Doktor der Naturwissen
schaften(Dr.rer.nat.).
ErsterPrufer:¨ Prof.Dr.J.Senker
ZweiterPrufer:¨ Prof.Dr.G.M.Ullmann
DritterPrufer:¨ Prof.Dr.A.Bok¨ er
Prufungsv¨ orsitz: Prof.Dr.H. W.Schmidt
TagderEinreichung: 3.Juli2007
Tagdermundlichen¨ Prufung:¨ 9.November2007Danksagung
AnallerersterStellemochte¨ ichmeinemDoktorvaterProf.Dr.Jur¨ genSenkermeinentief
empfundenen Dank aussprechen. Dafur¨ , dass die in langen Sitzungen vorgelebte Akri
bie korrekten wissenschaftlichen Arbeitens letzten Endes doch durch die Nebel meiner
Lernresistenz dringen konnte. Fur¨ die Offenheit und Freiheit was die Wahl des Themas
meiner Dissertation betrifft, und vor allem dafur¨ , dass er sowohl in fachlich als auch in
privatbedingungsloszumirgehaltenhat.
¨ ¨Fur die gute Zusammenarbeit in gemeinsamen Projekten mochte ich Prof. Dr. W.
Schnick, Dr. B. Lotsch und Dr. M. Doblinger¨ von der Ludwig Maximilians Universit at¨
inMunchen¨ sowiePDDr.C.Nather¨ vonderChristian Albrechts Universit at¨ zuKielund
Prof.Dr.E.KrokevonderTUBergakademieFreibergdanken.Prof.Dr.J.Breuvonder
Universitat¨ Bayreuthgebuhrt¨ speziellerDankfur¨ seineoffeneArtderKritik,diemirsehr
geholfenhatmichauffachlicherEbeneweiterzuentwickeln.
Meinen Laborkollegen Jur¨ gen Thun und Marko Schmidt danke ich fur¨ die gute Stim
mungunddievielenfruchtbarenDialoge.MeinenwissenschaftlichenHilfskraften¨ Kilian
Barwink¨ el, Christopher Synatschke und Andreas Zapf fur¨ die Unterstutzung¨ bei meiner
Arbeit und dem Aufbau des Labors in Bayreuth. Einen ganz besonderer Dank geht an
unsere ersten Hauptpraktikanten Andreas Wagner und Phillipp von den Hoff, mit denen
alles begann und die den langen Weg aus Munchen¨ auf sich nahmen, um in Bayreuth
eineintensiveZeitzuerleben.
MeinenElternwillichdafur¨ danken,dasssiemirdasStudiumermoglicht¨ unddamitalle
Perspektiven fur¨ meine Zukunft offen gehalten haben. Meinem Mitstreiter und Freund
Bjorn¨ dankeich,mitdemzusammenichdasFundamentdieserAusbildunggegossenha
be. Meinen Sihings Alexander und Michael danke ich fur¨ eine ganzlich¨ andere Art der
Ausbildung,diedasnotwendigeGegengewichtzurfachlichenWeltbildet.
An letzter und fur¨ mich wichtigster Stelle aber mochte¨ ich meiner Verlobten Lena Seyf
arthdanken.SievereintalleFacetten,diehieraufgefuhrt¨ sindineinerPerson.ObimStu
dium, als gemeinsamer Wachstumskeim fur¨ den Arbeitskreis Senker oder als Zuhorerin¨
fur¨ Fachliches, Wing Chun, Personliches¨ und jede Menge bloder¨ Witze, ich mochte¨ kei
nen anderen Menschen an meiner Seite wissen und freue mich auf unsere gemeinsame
Zukunft!Listofabbreviations
1D One dimensional
2D Two dimensional
3D Three dimensional
α,β,γ AnglesoftheEulertransformation
γ Magnetogyricratio
δ Chemicalshifttensor(Herzfeld Berger)
δ Isotropicchemicalshiftger)iso
δ Reducedshiftanisotropyaniso
Δ Shieldinganisotropyaniso
δ DipolarcouplingconstantDIP
η Asymmetryparameter
κ Skew
μ Magneticmoment
ρ Electrondensity
σ Chemicalshifttensor(Haeberlen Mehring Spiess)
σ Isotropicchemicalshiftiso
τ ,t Mixingtimem m
χ ,χ ,χ Eigenvaluesoftensorχ11 22 33
χ Componentsoftensorχij
χ Atomicorbitalμ
ψ Wavefunction
ω Resonancefrequency
Ω Span
A Vectorpotential
mA Componentsofthesphericaltensorl
B Magneticfield
B Externalmagneticfield0
BSSE Basissetsuperpositionerror
c Velocityoflight
CAS Crystalaxissystem
CS Chemicalshift10
DFT Densityfunctionaltheory
E Energy
GIAO Gauge includingatomicorbitals
GUI Graphicaluserinterface
HB Hydrogenbond
HF HartreeFock
H Hamiltonianoftheinteractionλλ
I Nuclearspin
I(ω) Spectraldensity
IGLO Individualizedgaugesforlocalizedorbitals
LAS Laboratoryaxissystem
m Mass
MAS Magicanglespinning
NMR Nuclearmagneticresonance
p Momentum
PAS Principleaxissystem
PBC Periodicboundaryconditions
r Radius
R Gaugeorigin
R(α,β,γ) MatrixoftheEulertransformation
RAS Referenceaxissystem
rf Radiofrequency
SW Sweepwidth
T(AS) Tensorinaspecifiedaxissystem
TPP Triphenylphosphite
V Nuclearpotential