Edifices supramoléculaires fonctionnels : vers des aimants performants

Supramolecular and functionnal architectures : towards efficient magnets

• Auteur / Autrice : Kateryna Bretosh
• Direction : Jean-Pascal Sutter, Virginie Béreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Organométallique et de Coordination
• Date : Soutenance le 29/10/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie de Coordination (Toulouse ; 1974-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Molécules aimants

Magnétisme moléculaire

Aimants

Mots clés libres

Fe(II)

Ni(II)

Anisotropie magnétique

SCM

SMM

Heptacoordiné

Magnétisme moléculaire

Fe(II)

Ni(II)

Magnetic anisotropy

SCM

SMM

Heptacoordinated

Molecular magnetism

Résumé

Cette thèse s'intéresse à la problématique du contrôle de l'anisotropie magnétiques dans la conception d'aimants moléculaires, c'est-à-dire d'édifices moléculaires magnétiques. L'anisotropie magnétique manifestée par un ion de métal paramagnétique est directement liée à sa sphère de coordination. Notre étude concerne des ions 3d susceptibles d'exprimer une forte anisotropie dans un environnement de géométrie bipyramide pentagonale. Une famille de complexes heptacoordinés du Fe(II) et du Ni(II), formés avec un ligand azoté macrocyclique pentadente (LN5PhenMe), a été préparée et ses comportements magnétiques étudiés. Tous les complexes sont caractérisés par une anisotropie magnétique axiale (de type Ising) avec un paramètre de levée de dégénérescente en champ nul, D, négatif et pouvant avoisiner -20 cm-1. L'examen de l'incidence des ligands en positions apicales de la sphère de coordination de complexes [FeLN5PhenMeX2] avec X= Cl-, Br- , I-, NCS-, ROH, {Ni(CN)4}2- a révélé des variations de D entre -4 et -17 cm-1. Un phénomène de relaxation lente de l'aimantation avec une barrière d'inversion de Ueff/kB ~ 70 K, a été observé pour les dérivés avec X = Br ou I. Ces dérivés sont aussi ceux dont l'anisotropie magnétiques est la plus forte. Ces complexes ont une structure robuste qui permet de les engager comme unités de construction de composés polynucléaires. L'association avec le composé trans-cyano K[CrLN3O2Ph(CN)2] a conduit à des composés trinucléaires de formulation [{CrLN3O2Ph(CN)2}2MLN5PhenMe] (où M= Fe(II) ou Ni(II)), et aux polymèrex de coordination 1-D [{CrLN3O2Ph(CN)2}MLN5PhenMe][ClO4]n, qui présentent respectivement un comportement magnétique de molécule aimant (SMM) et de chaine aimant (SCM). Ce dernier est le premier exemple formé avec des centres Ni(II) de géométrie bipyramide pentagonale.

This thesis deals with the control of magnetic anisotropy in the design of molecule-based magnetic materials. Magnetic anisotropy is highly related to the coordination environment of a metal ion. Herein we focused on 3d metal ions with pentagonal bipyramid coordination spheres that may exhibit a rather large magnetic anisotropy. A series of seven coordinate Fe(II) and Ni(II) complexes formed with a neutral pentadentate cyclic ligand (LN5PhenMe) were synthesized and their magnetic behaviors investigated. They have been found to exhibit axial (Ising-type) magnetic anisotropy with a negative zero-field splitting axial parameter D. Modulation of magnetic anisotropy was studied for Fe(II) complexes with various substituents in axial position (Fe(II)LN5PhenMeX2, where X= Cl-, Br- , I-, NCS-, ROH, {Ni(CN)4}2-) revealing D values spanning from ca -4 to -17 cm-1. Due to the large axial anisotropy induced by heavier halogen atoms in Br and I derivatives, these complexes showed SMM (Single Molecular Magnet) properties with energy barrier Ueff/kB ~ 70 K. These complexes are structurally robust and can be used as building units to form polynuclear systems. Their combination with a related trans-cyano K[CrLN3O2Ph(CN)2] complex allowed the synthesis of trinuclear complexes [{CrLN3O2Ph(CN)2}2MLN5PhenMe] (M= Fe(II) or Ni(II)), and a 1-D coordination polymer [{CrLN3O2Ph(CN)2}MLN5PhenMe][ClO4]n showing respectively, SMM and SCM (Single Chain Magnets) behaviors. The latter is the first example of SCM made with pentagonal bipyramid Ni centers.