Hard X-ray magnetochiral dichroism in a paramagnetic molecular 4f complex

Magnetochiral dichroism (MΧD) originates in the coupling of local electric fields and magnetic moments in systems where a simultaneous break of space parity and time-reversal symmetries occurs. This magnetoelectric coupling, displayed by chiral magnetic materials, can be exploited to manipulate the magnetic moment of molecular materials at the single molecule level. We demonstrate herein the first experimental observation of X-ray magnetochiral dichroism in enantiopure chiral trigonal single crystals of a chiral mononuclear paramagnetic lanthanide coordination complex, namely, holmium oxydiacetate, at the Ho L(3)-edge. The observed magnetochiral effect is opposite for the two enantiomers and is rationalised on the basis of a multipolar expansion of the matter–radiation interaction. These results demonstrate that 4f–5d hybridization in chiral lanthanoid coordination complexes is at the origin of magnetochiral dichroism, an effect that could be exploited for addressing of their magnetic moment at the single molecule level

Fonctionnalisation raisonnée de matériaux moléculaires magnétiques : vers des systèmes cristaux liquides, solubles, et aux propriétés physiques modulables

The work presented in this thesis was focused on the design and investigation of novel hybrid materials via ligand functionalization of the single-molecule magnets (SMMs) and electron transfer complexes. Chapter I contains general information about these two classes of the magnetic systems. In order to illustrate the motivation behind our work, a brief review on previously reported soft hybrid magnetic systems, is presented. Chapter II is dedicated to the functionalization of [Mn12]-based SMMs towards hybrid liquid crystalline systems via two different approaches: (a) the functionalization of peripheral ligands with strongly lipophilic groups (long alkyl chains), or (b) the grafting of mesogenic promoters through flexible aliphatic spacers. Chapters III – V are focused on cyanido-bridged molecular {Fe2Co2} squares that exhibit thermally or photo-induced electron transfer. Thus, in Chapter III, the possibility to modulate the electron transfer properties in {Fe2Co2} molecular squares via the use of different counter-anion is discussed. The functionalization with long aliphatic chains and its influence over the properties of {Fe2Co2} molecular squares in solid state and solutions are discussed in Chapter IV. Finally, the effect of the ligand functionalization with strongly electron density donating groups (methoxy) over the electron transfer properties of {Fe2Co2} molecular squares is investigated in Chapter V.Ce travail de thèse a été dédié à l’élaboration et l’étude de nouveaux matériaux hybrides obtenus par la fonctionnalisation de molécule-aimants (en anglais single-molecule magnets, SMMs) et de complexes à transfert d’électron. Le premier chapitre fait un état de l’art des deux classes de composés magnétiques utilisées dans ce travail : les molécule-aimants et les systèmes à transfert d’électrons. Une brève description des systèmes magnétiques hybrides présents dans la littérature est ensuite présentée dans le but d’illustrer les motivations qui ont conduit à ce travail. Le chapitre II décrit la fonctionnalisation des molécule-aimants de type [Mn12] dans le but d’obtenir des systèmes cristaux liquides hybrides. Deux approches ont été étudiées : (a) la fonctionnalisation des ligands périphériques avec des groupements fortement lipophiles (longues chaines alkyle) ou (b) le greffage de promoteurs mésogènes par l’intermédiaire d’espaceurs aliphatiques flexibles. Les chapitres III à V présentent les études sur des carrés moléculaires à ponts cyanure {Fe2Co2} qui montrent un transfert d’électron thermo- et photo-induit. Le chapitre III discute de la possibilité de moduler le processus de transfert d’électron de ces carrés moléculaires via le changement du contre anion. La fonctionnalisation du carré moléculaire {Fe2Co2} avec de chaines aliphatiques et son impact induit sur les propriétés physiques à l’état solide et en solutions sont décrits dans le chapitre IV. Le chapitre V discute de l’effet de la fonctionnalisation avec des groupements fortement électrodonneurs, tels que les groupements méthoxy, sur le processus de transfert d’électron des carrés moléculaires {Fe2Co2}

Rational functionalization of molecular magnetic materials : towards liquid crystalline phases, improved solubility and modulation of physical properties

Ce travail de thèse a été dédié à l’élaboration et l’étude de nouveaux matériaux hybrides obtenus par la fonctionnalisation de molécule-aimants (en anglais single-molecule magnets, SMMs) et de complexes à transfert d’électron. Le premier chapitre fait un état de l’art des deux classes de composés magnétiques utilisées dans ce travail : les molécule-aimants et les systèmes à transfert d’électrons. Une brève description des systèmes magnétiques hybrides présents dans la littérature est ensuite présentée dans le but d’illustrer les motivations qui ont conduit à ce travail. Le chapitre II décrit la fonctionnalisation des molécule-aimants de type [Mn12] dans le but d’obtenir des systèmes cristaux liquides hybrides. Deux approches ont été étudiées : (a) la fonctionnalisation des ligands périphériques avec des groupements fortement lipophiles (longues chaines alkyle) ou (b) le greffage de promoteurs mésogènes par l’intermédiaire d’espaceurs aliphatiques flexibles. Les chapitres III à V présentent les études sur des carrés moléculaires à ponts cyanure {Fe2Co2} qui montrent un transfert d’électron thermo- et photo-induit. Le chapitre III discute de la possibilité de moduler le processus de transfert d’électron de ces carrés moléculaires via le changement du contre anion. La fonctionnalisation du carré moléculaire {Fe2Co2} avec de chaines aliphatiques et son impact induit sur les propriétés physiques à l’état solide et en solutions sont décrits dans le chapitre IV. Le chapitre V discute de l’effet de la fonctionnalisation avec des groupements fortement électrodonneurs, tels que les groupements méthoxy, sur le processus de transfert d’électron des carrés moléculaires {Fe2Co2}.The work presented in this thesis was focused on the design and investigation of novel hybrid materials via ligand functionalization of the single-molecule magnets (SMMs) and electron transfer complexes. Chapter I contains general information about these two classes of the magnetic systems. In order to illustrate the motivation behind our work, a brief review on previously reported soft hybrid magnetic systems, is presented. Chapter II is dedicated to the functionalization of [Mn12]-based SMMs towards hybrid liquid crystalline systems via two different approaches: (a) the functionalization of peripheral ligands with strongly lipophilic groups (long alkyl chains), or (b) the grafting of mesogenic promoters through flexible aliphatic spacers. Chapters III – V are focused on cyanido-bridged molecular {Fe2Co2} squares that exhibit thermally or photo-induced electron transfer. Thus, in Chapter III, the possibility to modulate the electron transfer properties in {Fe2Co2} molecular squares via the use of different counter-anion is discussed. The functionalization with long aliphatic chains and its influence over the properties of {Fe2Co2} molecular squares in solid state and solutions are discussed in Chapter IV. Finally, the effect of the ligand functionalization with strongly electron density donating groups (methoxy) over the electron transfer properties of {Fe2Co2} molecular squares is investigated in Chapter V

Rational functionalization of molecular magnetic materials : towards liquid crystalline phases, improved solubility and modulation of physical properties

Ce travail de thèse a été dédié à l’élaboration et l’étude de nouveaux matériaux hybrides obtenus par la fonctionnalisation de molécule-aimants (en anglais single-molecule magnets, SMMs) et de complexes à transfert d’électron. Le premier chapitre fait un état de l’art des deux classes de composés magnétiques utilisées dans ce travail : les molécule-aimants et les systèmes à transfert d’électrons. Une brève description des systèmes magnétiques hybrides présents dans la littérature est ensuite présentée dans le but d’illustrer les motivations qui ont conduit à ce travail. Le chapitre II décrit la fonctionnalisation des molécule-aimants de type [Mn12] dans le but d’obtenir des systèmes cristaux liquides hybrides. Deux approches ont été étudiées : (a) la fonctionnalisation des ligands périphériques avec des groupements fortement lipophiles (longues chaines alkyle) ou (b) le greffage de promoteurs mésogènes par l’intermédiaire d’espaceurs aliphatiques flexibles. Les chapitres III à V présentent les études sur des carrés moléculaires à ponts cyanure {Fe2Co2} qui montrent un transfert d’électron thermo- et photo-induit. Le chapitre III discute de la possibilité de moduler le processus de transfert d’électron de ces carrés moléculaires via le changement du contre anion. La fonctionnalisation du carré moléculaire {Fe2Co2} avec de chaines aliphatiques et son impact induit sur les propriétés physiques à l’état solide et en solutions sont décrits dans le chapitre IV. Le chapitre V discute de l’effet de la fonctionnalisation avec des groupements fortement électrodonneurs, tels que les groupements méthoxy, sur le processus de transfert d’électron des carrés moléculaires {Fe2Co2}.The work presented in this thesis was focused on the design and investigation of novel hybrid materials via ligand functionalization of the single-molecule magnets (SMMs) and electron transfer complexes. Chapter I contains general information about these two classes of the magnetic systems. In order to illustrate the motivation behind our work, a brief review on previously reported soft hybrid magnetic systems, is presented. Chapter II is dedicated to the functionalization of [Mn12]-based SMMs towards hybrid liquid crystalline systems via two different approaches: (a) the functionalization of peripheral ligands with strongly lipophilic groups (long alkyl chains), or (b) the grafting of mesogenic promoters through flexible aliphatic spacers. Chapters III – V are focused on cyanido-bridged molecular {Fe2Co2} squares that exhibit thermally or photo-induced electron transfer. Thus, in Chapter III, the possibility to modulate the electron transfer properties in {Fe2Co2} molecular squares via the use of different counter-anion is discussed. The functionalization with long aliphatic chains and its influence over the properties of {Fe2Co2} molecular squares in solid state and solutions are discussed in Chapter IV. Finally, the effect of the ligand functionalization with strongly electron density donating groups (methoxy) over the electron transfer properties of {Fe2Co2} molecular squares is investigated in Chapter V

Design of Pure Heterodinuclear Lanthanoid Cryptate Complexes

Heterolanthanide complexes are difficult to synthesize owing to the similar chemistry of the lanthanide ions. Conse-quently, very few purely heterolanthanide complexes have been synthesized. This is despite the fact that such complexes hold inter-esting optical and magnetic properties. To fine-tune these properties, it is important that one can choose complexes with any given combination of lanthanides. Herein we report a synthetic procedure which yields pure heterodinuclear lanthanide cryptates LnLn*LX3 (X = NO3- or OTf-) based on the cryptand H3L = N[(CH2)2N=CH-R-CH=N-(CH2)2]3N (R = m-C6H2OH-2-Me-5). In the synthesis the choice of counter ion and solvent prove crucial in controlling the Ln-Ln*composition. Choosing the optimal solvent and counter ion affords pure heterodinuclear complexes with any given combination of Gd(III)-Lu(III) including Y(III). To demon-strate the versatility of the synthesis all dinuclear combinations of Y(III), Gd(III), Yb(III) and Lu(III) were synthesized resulting in 10 novel complexes of the form LnLn*L(OTf)3 with LnLn* = YbGd 1, YbY 2, YbLu 3, YbYb 4, LuGd 5, LuY 6, LuLu 7, YGd 8, YY 9 and GdGd 10. Through the use of 1H, 13C NMR and mass spectrometry the heterodinuclear nature of YbGd, YbY, YbLu, LuGd, LuY and YGd was confirmed. Crystal structures of LnLn*L(NO3)3 reveal short Ln-Ln distances of ~3.5 Å. Using SQUID magnetometry the exchange coupling between the lanthanide ions was found to be anti-ferromagnetic for GdGd and YbYb while ferromagnetic for YbGd

New bidimensional honeycomb CoII-FeIII and brick wall FeII-CoIII cyanido-bridged coordination polymers: Synthesis, crystal structures and magnetic properties

New bidimensional cyanido-bridged heterometallic coordination polymers, [{Co(L1)}3{Fe(CN)6}2]*6CH3OH*6H2O (1) and [{Fe(L2)}3{Co(CN)6}2]*2CH3OH*13H2O (2), have been assembled following a building-block approach (L1 and L2 are macrocyclic ligands obtained by the template condensation between 2,6-diacetylpyridine and 3,4-dioxaoctane-1,8-diamine, and triethylenetetramine, respectively). The crystal structure of 1 consists of honeycomb layers, each [FeIII(CN)6]3− unit connecting three [Co(L1)]2+ nodes through three facial cyanido groups. On the other hand, the self-assembly process between [CoIII(CN)6]3− and [Fe(L2)]2+ ions affords 2-D layers with a brick wall topology. Each [CoIII(CN)6]3− metalloligand is surrounded by three [Fe(L2)]2+ units, which adopt a meridional configuration around the cobalt metalloligand for compound 2. The magnetic properties of the two compounds have been investigated. Compound 1 shows a ferromagnetic order below 3 K. The magnetic properties of 2 are characteristic of non-interacting high spin FeII ions, which exhibit a moderate uniaxial magnetic anisotropy (D/kB = −5.5 K)