Several seven-coordinate manganese complexes have been synthesised, characterised and tested for both superoxide dismutase and catalase activity. Macrocyclic ring contractions have led to a series of new seven coordinate mononuclear manganese(II) macrocycles that have potential for their use as working superoxide dismutase mimics. Numerous polynuclear seven coordinate manganese(II) macrocycles have been synthesised via Schiff base condensation. Subsequent reduction of the imine bonds has led to a variety of reduced amine analogues with varying axial ligands. The geometry has been compared about the manganese centres where possible. From the results of each complex tested for superoxide dismutase activity, the µ-chloro bridged tetranuclear complex [Mn2(C24H29N6O2)(Cl)2]2(ClO4)2 has proved to be the most efficient mimic with a calculated KMcCF value of 7.7 x 106 [M-1 s-1]. A method for measuring catalase activity has been developed, and the most efficient catalase active compound was found to be [Mn5(C24H29N6O2)2(OAc)2(ClO4)2](ClO4)2 with one molecule of complex breaking down approximately 59000 molecules of hydrogen peroxide after one minute. Catalase testing showed that a reduction of the imine bonds produced an increase in activity overall for the complexes of H2L1 (C24H29N6O2), but a decrease was observed for the reduced tripodal complexes. An increase in the number of manganese centres resulted in a rise in catalase activity. Many of the complexes tested for catalase activity showed an induction period prior to the activity being observed. This may suggest that the complexes undergo a change in structure, or that there is a rearrangement occurring before catalase activity may be observed. The results that are presented indicate that the axial ligands have an effect on the rate of catalase activity and the observed induction period. Of the molecules that were tested for both superoxide dismutase and catalase activity, the pentanuclear complex [Mn5(C24H29N6O2)2(OAc)2(ClO4)2](ClO4)2 showed high activity for both analyses. This may be due to the extra manganese centre within the complex and the axial ligands that are present when compared with other tetranuclear complexes. The complex [Mn5(HL1)(OAc)2(ClO4)2](ClO4)2 may prove to be a good candidate for a working superoxide dismutase mimic. Ring contracted complexes show high rates of superoxide dismutase activity but possess limited catalase activity. Attempts have been made to produce a direct method of measuring superoxide dismutase activity using a stop-flow technique to complement the results using the indirect NBT (Nitro blue Tetrazoleum) method. This was carried out by analysing low concentration solutions of both complex and superoxide on a millisecond timescale. Progress has been made for this method with preliminary results being obtained.

- / -

Η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός πλειάδων των μετάλλων μετάπτωσης σε ενδιάμεσες οξειδωτικές βαθμίδες αποτελεί σήμερα έναν από τους κύριους ερευνητικούς στόχους πολλών επιστημονικών ομάδων παγκοσμίως εξαιτίας των εφαρμογών που βρίσκουν σε διάφορα επιστημονικά πεδία, όπως στη βιοανόργανη χημεία, στην επιστήμη των υλικών, στη μοριακή φυσική και στη θεωρητική χημεία. Οι πλειάδες αυτές περιέχουν πολλές φορές έναν ασυνήθιστα μεγάλο αριθμό ασυζεύκτων ηλεκτρονίων στη θεμελιώδη κατάσταση και παρουσιάζουν εξαιρετικό ενδιαφέρον από μαγνητικής απόψεως. Αυτό συμβαίνει γιατί μια υψηλή τιμή spin στη θεμελιώδη κατάσταση είναι αναγκαία (άλλα όχι ικανή) συνθήκη ώστε αυτού του είδους οι σύμπλοκες ενώσεις να εμφανίζουν το φαινόμενο του μονομοριακού μαγνητισμού (single-molecule magnetism). Στην παρούσα Εργασία μελετήθηκε το σύστημα αντίδρασης μαγγάνιο/α-βενζοΐνη οξίμη (α-benzoin oxime, bzoxH2) κάτω από βασικές συνθήκες, το οποίο οδήγησε στην απομόνωση και το δομικό (μέσω κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ σε μονοκρυστάλλους) και μαγνητοχημικό χαρακτηρισμό των μοριακών πλειάδων [Mn8O4(bzox)8(MeOH)4] (1), [Mn9O2(bzox)11(bzoxH)(MeOH)4(H2O)2] (2) και [Mn9O2(bzox)11(bzoxH)(H2O)6] (3). Τα σύμπλοκα 1-3 αποτελούν τις πρώτες δομικά χαρακτηρισμένες πλειάδες τρισθενών μεταλλοϊόντων με υποκαταστάτη την α-βενζοΐνη οξίμη. Το σύμπλοκο 1 αποτελείται από οκτώ ιόντα MnIII, με το δομικό του πυρήνα να παρουσιάζει μία πρωτότυπη τοπολογική διευθέτηση τεσσάρων τριγωνικών Mn3 υπομονάδων, ανά δύο κάθετων μεταξύ τους, η οποία οδηγεί σε μια ενδιάμεση τιμή spin στη θεμελιώδη κατάσταση, SΤ = 2. Τα ισοδομικά σύμπλοκα 2 και 3 αποτελούνται από εννέα ιόντα MnIII, με το δομικό τους πυρήνα να παρουσιάζει μία επίσης πρωτότυπη τοπολογική διευθέτηση εναλλασσσόμενων τριγωνικών και γραμμικών Mn3 υπομονάδων, η οποία οδηγεί σε μια ενδιάμεση τιμή spin στη θεμελιώδη κατάσταση, SΤ = 3. / The synthesis and characterization of polynuclear metal complexes (clusters) containing paramagnetic 3d-metal ions in intermediate oxidation states have gained intense interest due to the applications of these compounds in several fields of science, such as bioinorganic chemistry, materials science, molecular physics and theoretical chemistry. Such high nuclearity transition metal clusters are one of the growing research subjects in Molecular Magnetism, given the fact that they often possess a fairly large ground-state spin value, which is one of the necessary requirements for a molecule to be able to exhibit the phenomenon of single-molecule magnetism. In the present work, we studied the reaction scheme manganese/α-benzoin oxime (bzoxH2) under basic conditions, which has led to the isolation, and structural (through single-crystal X-ray crystallography) and magnetochemical characterization of the molecular complexes [Mn8O4(bzox)8(MeOH)4] (1), [Mn9O2(bzox)11(bzoxH)(MeOH)4(H2O)2] (2) and [Mn9O2(bzox)11(bzoxH)(H2O)6] (3). Complexes 1-3 are the first structurally characterized trivalent metal clusters with the ligand α-benzoin oxime. Compound 1 consists of eight MnIII atoms and its irregular metal core presents an unprecedented topology based on four triangular Mn3 units, which are vertical to each other, thus leading to an ST = 2 ground state. The isostructural compounds 2 and 3 comprise nine MnIII atoms arranged in a unusual topology based on linear and triangular Mn3 units, thus leading to an ST = 3 ground state.

Η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός πλειάδων των μετάλλων μετάπτωσης σε ενδιάμεσες οξειδωτικές βαθμίδες αποτελεί σήμερα έναν από τους κύριους ερευνητικούς στόχους πολλών επιστημονικών ομάδων παγκοσμίως εξαιτίας των εφαρμογών που βρίσκουν σε διάφορα επιστημονικά πεδία, όπως στη βιοανόργανη χημεία, στην επιστήμη των υλικών, στη μοριακή φυσική και ηλεκτρονική, και στη θεωρητική χημεία. Οι πλειάδες αυτές περιέχουν πολλές φορές έναν ασυνήθιστα μεγάλο αριθμό ασυζεύκτων ηλεκτρονίων στη θεμελιώδη κατάσταση και παρουσιάζουν εξαιρετικό ενδιαφέρον από μαγνητικής απόψεως. Αυτό συμβαίνει γιατί μια υψηλή τιμή spin στη θεμελιώδη κατάσταση είναι αναγκαία (άλλα όχι ικανή) συνθήκη ώστε αυτού του είδους οι σύμπλοκες ενώσεις να εμφανίζουν το φαινόμενο του μονομοριακού μαγνητισμού (single-molecule magnetism). Στην παρούσα Εργασία μελετήθηκε το σύστημα αντίδρασης μαγγάνιο/2-πυριδυλομεθανόλη (hmpH), παρουσία ή απουσία κυανικών ιόντων (OCN-) και κάτω από βασικές συνθήκες, το οποίο οδήγησε στην απομόνωση και το δομικό (μέσω κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ σε μονοκρυστάλλους) και μαγνητοχημικό χαρακτηρισμό των πλειάδων [Mn7(OH)3(OCN)3(hmp)9](ClO4)2 (1), [Mn16O8(OMe)4(OCN)4(O2CMe)12(hmp)6(MeOH)2] (2), [Mn18O14(O2CMe)18(hmp)4(hmpH)2(H2O)2] (3) και [Mn18O14(O2CEt)18(hmp)4(hmpH)2(H2O)2] (4). Οι πλειάδες 1-4 είναι μικτού-σθένους (ΙΙ/ΙΙΙ). Το σύμπλοκο 1 αποτελεί ένα νέο μέλος μιας μεγάλης οικογένειας επταπυρηνικών συμπλόκων με το δομικό πυρήνα τους να περιλαμβάνει έξι ιόντα Mn διευθετημένα κυκλικά γύρω από ένα έβδομο κεντρικό ιόν Mn2+. Τα σύμπλοκα 2, 3 και 4 αποτελούν παραδείγματα υψηλής πυρηνικότητας και συμμετρίας πλειάδων του Mn, με αισθητικά όμορφες δομές και ενδιαφέρουσες μαγνητικές ιδιότητες. / The synthesis and characterization of polynuclear metal complexes (clusters) containing paramagnetic 3d-metal ions in intermediate oxidation states have gained intense interest due to the applications of these compounds in several fields of science, such as bioinorganic chemistry, materials science, molecular physics and electronics, and theoretical chemistry. Such high nuclearity transition metal clusters are one of the growing research subjects in Molecular Magnetism, given the fact that they often possess a fairly large ground-state spin value, which is one of the necessary requirements for a molecule to be able to exhibit the phenomenon of single-molecule magnetism. In the present work, we studied the general reaction system manganese/2-(hydroxymethyl)pyridine (hmpH), in the presence or absence of cyanate ions (OCN-), under basic conditions, which has led to the isolation, and structural (through single-crystal X-ray crystallography) and magnetochemical characterization of the compounds [Mn7(OH)3(OCN)3(hmp)9](ClO4)2 (1), [Mn16O8(OMe)4(OCN)4(O2CMe)12(hmp)6(MeOH)2] (2), [Mn18O14(O2CMe)18(hmp)4(hmpH)2(H2O)2] (3) and [Mn18O14(O2CEt)18(hmp)4(hmpH)2(H2O)2] (4). All complexes 1-4 are mixed-valent (II/III). Complex 1 is a new member of a growing family of heptanuclear clusters with a core consisting of six Mn ions arranged in a ring around a seventh central Mn2+ ion. Complexes 2, 3 and 4 are examples of high-nuclearity and high-symmetry Mn clusters with aesthetically pleasing structures and interesting magnetic properties.