Intervalência metálica e interações eletrônicas em sistemas complexos poliaza-heterocíclicos

• Main Author: Rocha, Reginaldo César
• Other Authors: Toma, Henrique Eisi
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2000
• Subjects: Compostos organometálicos; Coordination chemistry; Electrochemistry spectroscopy; Eletroquímica espectroscopia; Inorganic chemistry; inorgânica; Organometallic compounds; Química de coordenação
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/46/46134/tde-18062019-172848/

Neste trabalho, estudou-se a química de uma série de complexos binucleares de rutênio(III/II) e ferro(III/II) com ligantes N-heterocíclicos. Particularmente, foram empregados os íons [RuIII,II(edta)-,2-, [RuIII,II (NH3) 5]3+,2+, [RuIII,IICl(bpy)2]2+,+ e [FeIII,II (CN)5)2-,3- como unidades metálicas terminais e benzotriazol ou benzoimidazol e seus derivados aniônicos como ligantes do tipo ponte. Sistemas simétricos, Ma-L-Ma, e assimétricos, Ma-L-Mba, foram sintetizados e caracterizados em soluções aquosa ou orgânica por meio de técnicas convencionais de espectroscopia eletrônica e eletroquímica. Ênfase especial foi dada à investigação das propriedades de intervalência metálica associadas aos complexos de valência mista. Além disso, a aplicação de modelos teóricos como ferramenta de interpretação de processos de transferência eletrônica intramolecular fotoinduzidos (transferência de carga de intervalência), ou de interações eletrônicas do tipo metal-metal, foi largamente explorada tanto para sistemas de valência localizada como para sistemas com cargas parcialmente deslocalizadas. Com o objetivo de compreender melhor as propriedades dos complexos binucleares, uma investigação detalhada da reatividade e da química redox das espécies mononucleares de partida também foi desenvolvida. Nesse caso, destacam-se dois assuntos investigados em maior profundidade: a ocorrência de isomeria de ligação (no caso particular dos derivados de benzotriazol) e a presença de transferência de elétrons próton-acoplada em solução aquosa. O conhecimento químico das entidades moleculares mais discretas permitiu dirigir o estudo para o planejamento de estruturas estendidas do tipo \"fios moleculares\", pela utilização dos mesmos espaçadores das espécies bimetálicas em complexos trinucleares do tipo Ma-L-Mb-L- Ma, com notável comunicação eletrônica entre os sítios metálicos através do ligante-ponte condutor. Avanços no estudo da influência do pH sobre as propriedades eletrônicas de sistemas de valência mista também revelaram a existência de um pronunciado efeito do tipo \"liga/desliga\" (induzido por próton) na comunicação eletrônica intermetálica destas espécies. Tal exemplo de dispositivo do tipo \"chave molecular\'\' proporciona um excelente modelo na busca por materiais com potencial emprego em nanotecnologia e/ou eletrônica molecular, cuja idéia se insere na concepção de desenvolvimento de estruturas supermoleculares, no âmbito das diversas linhas de pesquisa do laboratório onde o projeto foi desenvolvido. === The chemistry of a series of binuclear ruthenium(III/II) and iron(III/II) complexes with N-heterocyclic ligands was studied. The [RuIII,II(edta)-2-, [RuIII,II(NH3)5]3+,2+, [RuIII,IICl(bpy)2]2+,+ and [FeIII,II(CN)5]2-,3- metal ions were specifically employed as the terminal moieties, and benzotriazole or benzimidazole and their anionic derivatives as the bridging ligands. Symmetric, Ma-L-Ma, and asymmetric, Ma-L-Mb, systems were synthesized and characterized in aqueous or organic solutions by means of conventional spectroscopy and electrochemical techniques. Special emphasis was devoted to the intervalence properties associated with the mixed-valence complexes. In addition, the application of ET theoretical models was largely stressed as useful tools to explain the photoinduced intramolecular ET processes (i.e., intervalence transfer) in valence-trapped and partially or fully delocalized systems. In order to rationalize the properties of the binuclear complexes, a detailed investigation of the starting mononuclear complexes was carried out from the point of view of their reactivity and redox chemistry. In this case, two issues of major interest were deeply taken into account: linkage isomerism (in the particular examples involving the benzotriazole derivatives) and proton-coupled electron transfer reactions in aqueous solutions. Knowledge acquired from the characterization of the monomer metal units made the study of larger molecules possible. In this way, extended structures like \"molecular wires\" were designed by using the same N-heterocyclic spacers and metal moieties, resulting in trinuclear species of the type Ma-L-Mb,-L-Ma, which displayed remarkable electronic communication between the metal units through the conductor bridge. Advances were also reached following the pH effects on electronic interactions of mixed-valent species. Protonation /deprotonation of the bridging ligand, for instance, revealed a pronounced proton-induced \"on/off\' molecular switching on the metal-metal coupling and electron delocalization of such species. This example of molecular devices provided an outstanding model within the search for compounds with potential usefulness in molecular electronics and/or nanotechnology, whose conception embraces the development of supramolecular systems, an approach that has long been pursued within the research scopes in the laboratory where the current work was developed.