The exceptional electronic, magnetic, optical and catalytic properties demonstrated by many ceramic materials when confined to the nano-scale are well established. However, the synthesis of complex metal oxide nanowires and nanoparticles is notoriously problematic due to the difficulty of controlling homogeneity and achieving the correct stoichiometry. This thesis describes a new paradigm in solid-state synthesis. By organizing precursor metal cations within a gel of the structural biopolymer alginate. initial nucleation of preceramic crystalline phases is restricted to the nano-scale. On further calcination, the decomposition products of the biopolymer prevent sintering of these nanoparticles before the final crystallographic transformation to the ceramic product.

Η αντίδραση του Ni(O2CMe)2•4H2O με την 5-βρωμο-2-υδροξυβενζαλδεΰδη (LH) σε MeOH έδωσε το σύμπλοκο [NiL2(MeOH)2] (1). Η δομή του συμπλόκου επιλύθηκε με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ σε μονοκρύσταλλο. Το σύμπλοκο είναι μονοπυρηνικό. Το κέντρο NiII είναι 6-ενταγμένο με οκταεδρική γεωμετρία. Το ανιόν L- συμπεριφέρεται ως διδοντικός χηλικός Ο(φαινόξο), Ο(αλδεϋδικό) υποκαταστάτης. Δημιουργούνται διπλές 1D αλυσίδες μέσω δεσμών υδρογόνου, ενώ π-π αλληλεπιδράσεις τύπου θημωνιάς είναι υπεύθυνες για το σχηματισμό ενός 2D δικτύου. Μελετήθηκε το IR φάσμα του συμπλόκου σε σχέση με την γνωστή δομή του και τους τρόπους ένταξης των υποκαταστατών / The reaction of Ni(O2CMe)2•4H2O and 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde (LH) in MeOH has given complex [NiL2(MeOH)2] (1). Its structure has been solved by single-crystal X-ray crystallography. The complex is mononuclear. The NiII center is six-coordinate with an octahedral geometry. The anion L- behaves as a bidentate chelating O(phenoxo), O(aldehyde) ligand. Hydrogen bonds create a double 1D chain, while π-π stacking interactions result in a 2D network. The IR spectrum of the complex has been discussed in terms of its known structure and the coordination modes of the ligands.

Υπάρχει ένα συνεχές ενδιαφέρον για τη σύνθεση και το χαρακτηρισμό συμπλόκων των μετάλλων μετάπτωσης (μεταβατικών μετάλλων) με υποκαταστάτες βενζοτριαζολικού τύπου. Το ενδιαφέρον αυτό οφείλεται κυρίως στην αντιδιαβρωτική δραστικότητα του βενζοτριαζολίου (btaH) έναντι ορισμένων μετάλλων κυρίως του Cu και των κραμάτων του. Οι μοριακοί μηχανισμοί της παρεμπόδισης της διάβρωσης των μετάλλων από τα βενζοτριαζόλια δεν έχουν διερευνηθεί πλήρως. Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία αναπτύσσεται ένα μοντέλο της παρεμπόδισης της διάβρωσης του Fe από το btaH με τη χρησιμοποίηση ιδεών της Χημείας Ένταξης (Συναρμογής). Παρασκευάσθηκαν τα σύμπλοκα [FeCl3(Mebta)2] (1), [FeCl3(btaH)2] (2), (Et3NH)[Fe14O9(OMe)9Cl9(bta)7(MeOH)2(H2O)2] (3), [FeCl3(5ClbtaH)2].2(5ClbtaH) (4), [FeCl3(5,6dimebtaH)2] (5), [FeBr3(btaH)2] (6), [Fe14O8(OH)(OMe)9Br9(bta)7(MeOH)2(H2O)2].2MeOH (7.2MeOH) και {(5ClbtaH)2H}[FeBr4] (8), όπου Mebta = 1- μεθυλοβενζοτριαζόλιο, 5ClbtaH = 5-χλωροβενζοτριαζόλιο και 5,6dimebtaH = 5,6-διμεθυλοβενζοτριαζόλιο. Τα σύμπλοκα χαρακτηρίσθηκαν με μικροαναλύσεις και φασματοσκοπία IR. Οι μοριακές και κρυσταλλικές δομές των ενώσεων προσδιορίσθηκαν με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ επί μονοκρυστάλλων. Τα σύμπλοκα 1, 2 και 4-6 είναι μονοπυρηνικά με πέντε μονοδοντικούς υποκαταστάτες (τρεις αλόγονο, δύο Ν-δότες). Το ιόν FeIII βρίσκεται σε ένα τριγωνικό διπυραμιδικό περιβάλλον ένταξης με τους τρεις αλόγονο υποκαταστάτες να ορίζουν το ισημερινό επίπεδο. Η ένωση 8 είναι ιοντική, περιλαμβάνοντας το πρωτότυπο κατιόν {(5ClbtaH)2H}+ και το τετραεδρικό ανιόν [FeBr4]-. Το πολυπυρηνικό ανιόν της πλειάδας 3 συγκρατείται μέσω έξι μ3-O2-, τριών μ4-O2-, εννέα μ2-OMe-, πέντε η1:η1:η1:μ3 bta- και δύο η1:η1:μ2 bta- υποκαταστατών. Η περιφερειακή ένταξη συμπληρώνεται από εννέα Cl-, δύο MeOH και δύο H2O με τους τρεις αυτούς υποκαταστάτες να είναι τερματικοί. Τα κέντρα FeIII υιοθετούν τρεις διαφορετικές γεωμετρίες ένταξης (οκταεδρική, τριγωνική διπυραμιδική, τετραεδρική). Τα δεκατέσσερα κέντρα FeIII ορίζουν μια εξαεπιστεγασμένη εξαγωνική διπυραμίδα. Το πολυπυρηνικό μόριο της ένωσης 7.2MeOH έχει παρόμοια δομή με αυτήν του ανιόντος του 3, με έναν μ3-O2- υποκαταστάτη του 3 να έχει αντικατασταθεί από έναν και μοναδικό μ3-OH- υποκαταστάτη στην 7.2MeOH. Οι δεκατετραπυρηνικές πλειάδες 3 και 7.2MeOH μπορούν να θεωρηθούν ως μοντέλα της παρεμπόδισης της διάβρωσης του Fe σε ουδέτερα pH, ενώ η κρυσταλλική δομή της ένωσης 8 δίνει μια ένδειξη σχετικά με το μοριακό μηχανισμό των αντιδιαβρωτικών ιδιοτήτων επιλεγμένων βενζοτριαζολίων έναντι του σιδήρου σε όξινα pH. Τα σύμπλοκα 2 και 4 αποτελούν αποτελεσματικούς ομογενείς καταλύτες σε αντιδράσεις οξείδωσης αλκανίων και αλκενίων με το “πράσινο” οξειδωτικό H2O2. Η παρούσα εργασία μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως μια συνεισφορά στη χημεία ένταξης των βενζοτριαζολίων και στη χημεία των πλειάδων του FeIII. / There is continuing interest in the synthesis and characterization of transition metal complexes with benzotriazole ligands. This is primarily due to the anticorrosion activity of benzotriazole (btaH) towards certain metals, particularly Cu and its alloys. The molecular mechanisms for the corrosion inhibition of metals by benzotriazoles have not been completely elucidated. An inorganic chemistry model approach to the corrosion inhibition of Fe by btaH has been developed in the present Diploma Thesis. Complexes [FeCl3(Mebta)2] (1), [FeCl3(btaH)2] (2), (Et3NH)[Fe14O9(OMe)9Cl9(bta)7(MeOH)2(H2O)2] (3), [FeCl3(5ClbtaH)2].2(5ClbtaH) (4), [FeCl3(5,6dimebtaH)2] (5), [FeBr3(btaH)2] (6), [Fe14O8(OH)(OMe)9Br9(bta)7(MeOH)2(H2O)2].2MeOH (7.2MeOH) and {(5ClbtaH)2H}[FeBr4] (8), where Mebta = 1- methylbenzotriazole, 5ClbtaH = 5-chlorobenzotriazole and 5,6dimebtaH = 5,6-dimethylbenzotriazole, have been prepared. The complexes have been characterized using microanalyses and IR spectroscopy. The molecular and crystal structures of the compounds have been determined by single-crystal X-ray crystallography. Complexes 1, 2 and 4-6 are mononuclear with five monodentate ligands (three halogenido, two N-donors). The FeIII ion is in a trigonal bipyramidal coordination environment with the three halogenido ligands defining the equatorial plane. Compound 8 is ionic, containing the novel {(5ClbtaH)2H}+ cation and the tetrahedral [FeBr4]- ion. The cluster anion of 3 is held together by six κ3-O2-, three κ4-O2-, nine κ2-OMe-, five ε1:ε1:ε1:κ3 bta- and two ε1:ε1:κ2 bta- ligands. Peripheral ligation is completed by nine Cl-, two MeOH and two H2O terminal ligands. The FeIII centers adopt three different coordination geometries (octahedral, trigonal bipyramidal, tetrahedral). The 14 FeIII centers define a hexacapped hexagonal bipyramid. The cluster molecule of 7.2MeOH has a similar structure; one κ3-O2- of 3 has been replaced by a unique κ3-OH- in 7.2MeOH. The tetradecanuclear clusters 3 and 7.2MeOH may be considered as models for the corrosion inhibition of Fe by benzotriazoles at neutral pHs, while the crystal structure of 8 gives a clue for the molecular mechanism of the anticorrosion properties of selected benzotriazoles towards iron at acidic pHs. Complexes 2 and 4 are effective homogeneous catalysts for alkane and alkene oxidations with the eco-friendly oxidant H2O2. iv The present work can be also considered as a contribution in the coordination chemistry of benzotriazoles and in the cluster chemistry of FeIII.

Τα ετερομεταλλικά σύμπλοκα μεταβατικών μετάλλων-λανθανιδίων (Ln) έχουν μεγάλη σημασία εξαιτίας των σημαντικών φυσικών (μαγνητικών και οπτικών) ιδιοτήτων τους. Μόνο λίγες πλειάδες NiII/LnIII και πολυμερή ένταξης έχουν αναφερθεί μέχρι σήμερα. Μία γενική προσέγγιση για τη σύνθεση συμπλόκων NiII/LnIII είναι η στρατηγική που βασίζεται στη χρησιμοποίηση «μεταλλικών συμπλόκων ως υποκαταστατών». Αυτή προϋποθέτει μονοπυρηνικά ή ολιγοπυρηνικά σύμπλοκα NiII με μη-ενταγμένα άτομα Ο. Τέτοια σύμπλοκα μπορούν να θεωρηθούν ως «υποκαταστάτες» και να αντιδράσουν περαιτέρω με οξοφιλικά ιόντα LnIII. Στην παρούσα εργασία έχουμε συνθέσει μία σειρά από νικελιοϋποκαταστάτες βασισμένους στις 2-πυρίδυλο οξίμες: 2-πυρίδυλο αλδοξίμη [(py)CHNOH], μέθυλο 2-πυρίδυλο κετονοξίμη [(py)C(Me)NOH] και φαίνυλο 2-πυρίδυλο κετονοξίμη [(py)C(Ph)NOH]. Χρησιμοποιώντας ποικιλία συνθετικών πορειών απομονώσαμε τα παρακάτω σύμπλοκα: [Ni{(py)C(Me)NOH}3](PF6)(NO3) (1), [Ni3(PO3F)2{(py)C(Me)NOH}6](PF6)2 (2), [Ni(NO3)2{(py)C(Me)NOH}2] (3), [Ni(NO2)2{(py)C(Me)NOH}2].MeOH (4.MeOH), [Ni{(py)C(Me)NOH}3][Ni{(py)C(Me)NOH}2{(py)C(Me)NO}](PF6)3.2H2O (5.2H2O), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](ClO4)2.Me2CO.H2O (6.Me2CO.H2O), [Ni(NO2)2{(py)C(Ph)NOH}2].0.5(n-hexane) (7.0.5(n-hexane)), [Ni3{(py)C(Ph)NO}5{(py)C(Ph)NOH}](ClO4) (8), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](NO3)2.Me2CO (9.Me2CO), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](PF6)(NO3) (10), [Ni(SCN)2{(py)C(Ph)NOH}2].2MeOH (11.2MeOH) και [Ni(SCN)2{(py)CHNOH}2] (12). Οι μοριακές και οι κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων προσδιορίστηκαν με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ μονοκρυστάλλου. Τα IR φάσματα των συμπλόκων μελετήθηκαν με βάση τις γνωστές δομές και τους τρόπους ένταξης των εμπλεκόμενων υποκαταστατών. Μερικά από τα σύμπλοκα είναι δυνητικοί μεταλλοϋποκαταστάτες. / Heterometallic transition metal-lanthanide (Ln) complexes are of great importance because of their interesting physical (magnetic and optical) properties. Only few NiII/LnIII clusters and coordination polymers have been reported to date. One general approach for the synthesis of NiII/LnIII complexes is the “metal complexes as ligands” strategy. This employs mononuclear or oligonuclear NiII complexes with uncoordinated O-donor groups; such complexes can be considered as “ligands” and further react with the oxophilic LnIII ions. In the present work we have synthesized a series of nickeloligands based on the 2-pyridyl oximes 2-pyridinealdoxime [(py)CHNOH], methyl 2-pyridyl ketone oxime [(py)C(Me)NOH] and phenyl 2-pyridyl ketone oxime [(py)C(Ph)NOH]. Using various synthetic routes we have isolated the complexes: [Ni{(py)C(Me)NOH}3](PF6)(NO3) (1), [Ni3(PO3F)2{(py)C(Me)NOH}6](PF6)2 (2), [Ni(NO3)2{(py)C(Me)NOH}2] (3), [Ni(NO2)2{(py)C(Me)NOH}2].MeOH (4.MeOH), [Ni{(py)C(Me)NOH}3][Ni{(py)C(Me)NOH}2{(py)C(Me)NO}](PF6)3.2H2O (5.2H2O), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](ClO4)2.Me2CO.H2O (6.Me2CO.H2O), [Ni(NO2)2{(py)C(Ph)NOH}2].0.5(n-hexane) (7.0.5(n-hexane)), [Ni3{(py)C(Ph)NO}5{(py)C(Ph)NOH}](ClO4) (8), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](NO3)2.Me2CO (9.Me2CO), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](PF6)(NO3) (10), [Ni(SCN)2{(py)C(Ph)NOH}2].2MeOH (11.2MeOH) and [Ni(SCN)2{(py)CHNOH}2] (12). The molecular and crystal structures of the complexes have been determined by single-crystal X-ray crystallography. The IR spectra of the complexes have been discussed in terms of the known structures and the coordination modes of the ligands involved. Some of the complexes have the potential to act as metalloligands.

Με σκοπό τη μελέτη της χημείας ένταξης του υποκαταστάτη δι-2,6-(2-πυριδυλοκαρβονυλο) πυριδίνη (dpcp) με μέταλλα μετάπτωσης 3d, παρασκευάστηκαν οι τετραπυρηνικές πλειάδες [Cu4(N3)2{pyCO(OMe)pyCO(OMe)py}2(MeOH)2](ClO4)∙2MeOH (1∙2MeOH) και [Co4(N3)2(NO3)2{pyCO(OMe)pyCO(OMe)py}2]∙0.5MeOH (2∙0.5MeOH), η εξαπυρηνική πλειάδα [Ni6(CO3)(N3)6{pyCOpyC(O)(OMe)py}3(MeOH)2(H2O)][Ni6(CO3)(N3)6 {pyCOpyC(O)(OMe)py}3(MeOH)3](ClO4)2 (3∙1.8MeOH) και η διπυρηνική πλειάδα [Fe2{pyCO(OMe)py(Η)CO(OMe)py}2(MeO)2](ClO4)2∙(4∙MeOH). Στην συνέχεια μελετήθηκε η χημεία ένταξης του ίδιου υποκαταστάτη με μέταλλα 3d και 4f και παρασκευάστηκαν τα ετερομεταλλικά διπυρηνικά σύμπλοκα [ΜIILnIII{pyCOH(OEt)pyCOH(OEt)py}3](ClO4)2∙EtOH (5-16∙EtOH) με ΜΙΙ = CuΙΙ, CoΙΙ, NiΙΙ, ZnΙΙ, MnΙΙ, FeΙΙ [LnΙΙΙ = GdΙΙΙ (5 - 10), TbΙΙΙ (11 – 16) αντίστοιχα]. Όλα τα σύμπλοκα χαρακτηρίστηκαν κρυσταλλογραφικά, τα σύμπλοκα 4, 10 και 16 χαρακτηρίστηκαν με φασματοσκοπία Mössbauer ενώ τα σύμπλοκα 1 – 10 χαρακτηρίστηκαν μαγνητικά. Πιο συγκεκριμένα, οι μαγνητικές μελέτες των συμπλόκων 1 – 3, 5 και 10 έδειξαν σιδηρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις ενώ εκείνες των συμπλόκων 4, 6, 7 και 9 έδειξαν αντισιδηρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Προκειμένου να μελετηθεί σε βάθος η οικογένεια των βασικών καρβοξυλικών αλάτων του σιδήρου [Fe3O(O2CR)6(H2O)3]A, παρασκευάστηκαν δύο σειρές αυτών των συμπλόκων με R = CCl3, CHBr2, CH2F, CH2Cl, C(OH)Ph2, H, Ph, (CH2)3Cl, Me, CHMe2, Et και CMe3. Στην πρώτη σειρά συμπλόκων (17 - 28) το αντισταθμιστικό ιόν (Α) είναι ClO4-, ενώ στη δεύτερη (29 - 40) είναι NO3-. Η προσπάθεια απομόνωσης του ανάλογου με R = CF3 ήταν άκαρπη και για τα δύο αντισταθμιστικά ιόντα και οδήγησε σε ένα τετραπυρηνικό σύμπλοκο [Fe4O2(O2CCF3)8(H2O)6] (41) με δομή τύπου «πεταλούδας». Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις Mössbauer σε στερεά δείγματα και για τις δύο σειρές και οι ισομερείς μετατοπίσεις και οι τετραπολικές αλληλεπιδράσεις διαφέρουν μεταξύ 0.51 – 0.54 mms-1 και 0.36 – 0.76 mms-1 αντίστοιχα. Μετρήσεις Mössbauer και σε διαλύματα αυτών έδειξαν τη σταθερότητά τους και σε διάλυμα, με εξαίρεση το σύμπλοκο 29 (R = Cl3C, Α = NO3-) που οδήγησε σε σύμπλοκο τύπου «πεταλούδας». Το υψηλής συμμετρίας σύμπλοκο [Fe3O(O2CPh)6(py)3](ClO4)∙py (42) έχει μελετηθεί στο παρελθόν κρυσταλλογραφικά αλλά και με μετρήσεις ανελαστικής σκέδασης νετρονίων IINS και είχε προταθεί ύπαρξη του μαγνητικού φαινομένου Jahn-Teller σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Θέλοντας να εξακριβωθεί εάν η μαγνητική συμμετρία σχετίζεται με την πραγματική, πραγματοποιήθηκαν κρυσταλλογραφικές μετρήσεις μεταβλητής θερμοκρασίας στο εργαστήριο ΒΜ01Α του ESRF. Τα αποτελέσματα των πειραματικών μετρήσεων έδειξαν ότι η πραγματική συμμετρία παραμένει ίδια. Στη συνέχεια από μετρήσεις μαγνητικής επιδεκτικότητας ac, παρατηρήθηκε η ύπαρξη μαγνητικών φαινομένων χαλάρωσης υπό την επίδραση ασθενών μαγνητικών πεδίων. / Seeking to study the coordination chemistry of the ligand di-2, 6-(2-pyridylcarbonyl) pyridine (dpcp) with 3d transition metal ions, the tetranuclear complexes [Cu4(N3)2{pyCO(OMe)pyCO(OMe)py}2(MeOH)2](ClO4)∙2MeOH (1∙2MeOH) and [Co4(N3)2(NO3)2{pyCO(OMe)pyCO(OMe)py}2]∙0.5MeOH (2∙0.5MeOH), the hexanuclear complex [Ni6(CO3)(N3)6{pyCOpyC(O)(OMe)py}3(MeOH)2(H2O)][Ni6(CO3)(N3)6{pyCOpyC(O) (OMe)py}3(MeOH)3](ClO4)2 (3∙1.8MeOH) and the dinuclear complex [Fe2{pyCO(OMe)py(Η)CO(OMe)py}2(MeO)2](ClO4)2∙(4∙MeOH) were synthesized. In addition, in order to study the coordination chemistry of the same ligand with mixed 3d transition metal ions and 4f lanthanide ions, the heterometallic dinuclear complexes [ΜIILnIII{pyCOH(OEt)pyCOH(OEt)py}3] (ClO4)2∙EtOH (5-16∙EtOH) were synthesized, with ΜΙΙ = CuΙΙ, CoΙΙ, NiΙΙ, ZnΙΙ, MnΙΙ, FeΙΙ [LnΙΙΙ = GdΙΙΙ (5 - 10), TbΙΙΙ (11 – 16) respectively]. All complexes were structurally characterized and complexes 4, 10 and 16 were characterized by Mössbauer spectroscopy. Magnetic properties measurements of complexes 1-3, 5 and 10 indicated the existence of ferromagnetic interactions, while those of 4, 6, 7 and 9 indicated the existence of antiferromagnetic interactions. For the in depth study of the family of basic iron (III) carboxylates [Fe3O(O2CR)6(H2O)3]A, two series of complexes were prepared with R = Cl3C, CHBr2, CH2F, CH2Cl, C(OH)Ph2, H, Ph, Cl(CH2)3, Me, CHMe2, Et and Me3C. For the former series (17 - 28) the counteranion (A-) is ClO4- and for the latter (29 - 40) is NO3-. Attempts to prepare the respective trifluoroacetate (R = CF3) complexes were unsuccessful and the reaction system lead to the tetranuclear “butterfly” complex [Fe4O2(O2CCF3)8(H2O)6] (41), irrespective of whether perchlorates or nitrates were used as counteranions. Mössbauer studies revealed very similar isomer shifts for all complexes in the region of 0.51 – 0.54 mms-1, and variable quadrupole splittings, ranging from 0.36 to 0.76 mms-1. Mössbauer studies of the complexes were carried out in frozen MeCN solutions in order to assess their stability in solution and they proved to be stable in MeCN solutions, except complex 29 (R = Cl3C, Α = NO3-), which dissociated to a butterfly-type complex. The high-symmetry cluster [Fe3O(O2CPh)6(py)3](ClO4)∙py (42) has been structurally characterized and its Inelastic Incoherent Neutron Scattering studies have been reported. These studies suggested the existence of a magnetic Jahn-Teller effect at lower temperatures. Seeking to study if there is any correlation between magnetic and structural symmetry, we undertook variable-temperature crystallographic studies on ESRF BM01A beamline. With the results of these data we concluded that the symmetry of the crystal remained. Moreover, we have discovered that this complex exhibits magnetic relaxation phenomena under weak magnetic fields, observed by ac magnetic susceptometry.