The understanding of the magnetic properties of poliradicalar systems with, at least two centers bearing unpaired electrons has been a challenging problem for the chemists that work in material design.The quantitative reproduction of the experimental information has been traditionally one of the main objectives for the theoretical chemists. For this reason the methodological development has been a subject of interest for the quantum chemistry.In this work we have used the Difference Dedicated Configuration Interaction method (DDCI) for the theoretical study of magnetic properties, mainly the magnetic coupling constant, J, in several interesting molecular systems.The method has been used for analyse in an accurate way the leading physical factors contributing to the magnetic coupling constant and to predict their sign and order of magnitude. The analysis has been performed in two model systems extensively studied in the literature like the Cu(II) binuclear complexes with chloride and azide bridging ligands.Finally, the DDCI method has been also applied for to check its capability for to reproduce the experimental data of several complexes. The results have been compared to other calculations obtained with other theoretical approximations like the methods based in the density functional theory. / Entender las propiedades magnéticas de sistemas poliradicalarios en los que al menos dos centros poseen electrones desapareados es todo un reto para los químicos que se dedican al diseño de materiales magnéticos.Una de las metas que siempre ha atraído a los químicos teóricos ha sido el poder reproducir de forma cuantitativa la información que proporcionan las técnicas experimentales. Por ello el desarrollo metodológico ha sido y continúa siendo un tema de interés dentro de la química cuántica. En este trabajo se ha utilizado el método Difference Dedicated Configuration Interaction (DDCI) para el estudio teórico de propiedades magnéticas, en concreto lo que se conoce como constante de acoplamiento magnético, J, en varios sistemas moleculares de interés.Este método ha servido para hacer un análisis profundo de los factores físicos que gobiernan la constante de acoplamiento magnético, pudiendo predecir su signo y su magnitud. Este análisis se ha realizado sobre dos sistemas modelo muy estudiados en la literatura como son los complejos binucleares de Cu(II) con doble puente cloruro y doble puente aziduro.Por último se ha utilizado el método para comprobar que es capaz de reproducir los datos experimentales, tanto en tendencia como en orden de magnitud, comparándolos con otros resultados teóricos obtenidos con otros métodos de cálculo como por ejemplo el método basado en el funcional de la densidad.

En el treball descrit en aquesta Memòria s'han preparat, caracteritzat estructuralment i estudiat des d'un punt de vista magnètic diferents sistemes de base molecular mixtos d'ions del bloc f i d emprant en tots els casos Ln(NO3)3·xH2O, on Ln3+ = qualsevol ió lantànid en estat d'oxidació +3, K3[M(CN)6], on M3+ = Fe, Co, Cr, com a reactius de partida mesclats en dissolució aquosa. L'addició, en cada cas, de diferents lligands bloquejants com ara la N,N'-dimetilformamida o la 2,2'-bipiridina, així com la pròpia naturalesa dels ions Ln3+ i M3+, ha donat lloc a sistemes de diferent nuclearitat i/o dimensionalitat: sistemes dinuclears, trinuclears i monodimensionals sempre amb lligand pont cianur.Tenint en compte que fins a l'actualitat no existeix cap model que inclogui simultàniament l'efecte de l'acoblament espín-òrbita, l'efecte de la simetria del camp cristal·lí i l'intercanvi magnètic descrit pel tensor anisòtrop J, l'estudi de la interacció magnètica existent entre cadascun dels ions Ln3+ i l'ió Fe3+ en tot aquest conjunt de diferents compostos s'ha pogut estudiar mitjançant l'aplicació d'una aproximació qualitativa que permet desxifrar la naturalesa de la interacció encara que no la seva magnitud. L'aplicació del mètode ha permès estudiar l'evolució de la interacció magnètica al llarg de la sèrie d'ions lantànid(III) combinats amb l'ió ferro(III) i observar-ne la seva dependència respecte de factors externs a la naturalesa de l'ió Ln3+, al contrari del que O.Kahn et al. proposaren al 1993 en afirmar que la interacció d'un ió Ln3+ amb l'ió Cu2+ depenia única i exclusivament del mode d'acoblament entre el moment angular d'espín i l'orbital d'un mateix ió Ln3+.La presència d'acoblament espín-òrbita en la majoria d'ions Ln3+ provoca un allunyament significatiu del valor del factor g d'aquests ions respecte del valor del factor g corresponent a l'electró lliure (2,0023). A més, la presència d'entorns cristal·lins sovint de baixa simetria provoquen una anisotropia magnètica en aquests compostos fàcilment observable a baixa temperatura, on els valors de M no segueixen la llei de Curie. L'anisotropia magnètica dels sistemes més simples (compostos dinuclears LaFe, CeCo i CeFe) va ser estudiada mitjançant mesures magnètiques de monocristall i de ressonància paramagnètica electrònica de monocristall (rpe). Tant una tècnica com l'altra van permetre confirmar la presència d'acoblament magnètic entre els ions Ce3+ i Fe3+ en el compost dinuclear CeFe, corroborant el que ja apuntava l'aplicació del mètode qualitatiu anterior per a aquest sistema. A més les magnituds i direccions de les tres components dels tenors g per als ions Ce3+ i Fe3+ van ser determinades independentment mitjançant els espectres de rpe de monocristall dels compostos dinuclears CeCo i LaFe respectivament.La utilització de Gd3+ com a ió Ln3+ i de [Cr(CN)6]3- enlloc de [Fe(CN)6]3- en la síntesi de nous compostos mixtos 3d-4f ha simplificat molt l'estudi magnètic d'aquest tipus de sistemes ja que l'ió Gd3+ no presenta acoblament espín-òrbita, al contrari de la resta d'ions Ln3+ paramagnètics, i l'ió Cr3+ és especialment isòtrop. Això ha permès ajustar les dades magnètiques d'aquests compostos mitjançant l'ús d'un Hamiltonià d'espín isòtrop obtenint valors de la constant isòtropa d'intercanvi magnètic iguals o inferioirs a 1 cm-1, valors previsibles tenint en compte les característiques dels sistemes 3d-4f.Finalment l'intent de sintetitzar compostos mixtos d-f d'elevada nuclearitat ha donat lloc a un sistema amb estructura tipus clúster amb un ió Ce4+ diamagnètic central, amb un paper fonamental com a ió plantilla, envoltat de vuit ions Mn3+ als quals s'uneix mitjançant múltiples lligands pont oxo. Els ions Mn3+, units mitjançant lligands pont carboxilat, mostren una interacció ferromagnètica entre ells. Paral·lelament s'obtingueren dos compostos triangulars amb tres ions Cr3+ i amb un lligand pont oxo central cadascun: el primer completament simètric mentre que el segon presenta una distorsió que dóna lloc a un triangle de simetria isòsceles. La geometria dels compostos en determina les propietats magnètiques i per aquest motiu només pot observar-se el fenomen de frustració d'espín en el primer dels dos compostos. / Different kinds of mixed "d"-"f" molecular compounds with cyanide bridges have been obtained, structurally characterized and magnetically studied in this work. Depending on the nature of the blocking ligand added in the reaction media, and on the nature of the lanthanide(III) ion and the transition ion as well, dinuclear, trinuclear or monodimensional compounds were formed.Up to now there is no suitable model that includes the spin-orbit coupling, the crystal field effect and the anisotropic magnetic superexchange between d and f paramagnetic ions. For this reason a qualitative approach was used in order to guess which is the nature of the magnetic interaction between each of the Ln3+ ions and the Fe3+ ion in these compounds, even if we cannot measure its magnitude.The low symmetry crystal environment of most of the lanthanide(III) ions gives rise to a high magnetic anisotropy at low temperature. The anisotropy of the simplest dinuclear systems presented in this work (LaFe, CeCo and CeFe) has been studied by single crystal magnetic measurements and single crystal epr spectra. The magnitudes and directions of the three components of the g tensors for the Ce3+ and Fe3+ ions have been independently determined using the single crystal epr spectra of the CeCo and LaFe compounds respectively.The use of Gd3+ as the Ln3+ ion and the substitution of the [Fe(CN)6]3- by [Cr(CN)6]3- in the synthesis of new compounds has simplified the magnetic study of these systems since Gd3+ has no spin-orbit coupling and Cr3+ is a very isotropic ion. We fitted the magnetic data for two of these compounds using an isotropic spin Hamiltonian and we obtained values for the magnetic exchange constant (J) between 0.5 and 1 cm-1, the expected values for this kind of systems.Finally our attempt to synthesize new mixed d-f high-nuclearity compounds gave rise to a cluster-like structure compound with one diamagnetic Ce4+ ion, showing a template role, sorrounded by eight Mn3+ ions ferromagnetically coupled between them. Two chromium(III) triangular systems have been also obtained, which show presence or lack of spin frustration depending on the symmetry of the molecule in each case.

La presència d'acoblament espín-òrbita en els ions lantànids genera anisotropia magnètica que pot donar lloc a propietats magnètiques interessants, així doncs l'objectiu principal d'aquest treball és la síntesi, caracterització i estudi magnètic de compostos heterometàl·lics d-f. S'han preparat i caracteritzat mitjançant DRX de monocristall 28 nous compostos mixtes d-f amb [Cr(CN)6]3- i 2,2'-bipiridina o N,N'-dimetilformamida com a lligands bloquejants de l'ió lantànid(III). Per la majoria d'ells s'ha realitzat l'estudi magnètic què revela que dos d'ells presenten ordre magnètic a baixes temperatures. En dos compostos s'ha utilitzat un mètode teòric/experimental mitjançant RPE per tal d'avaluar l'anisotropia de la interacció magnètica entre els dos ions metàl·lics. Seguint en la línia de la síntesi de complexes mixtes d-f, s'han obtingut i caracteritzat 3 compostos heterometàl·lics amb lligands aminoàcids; per poder dur a terme els corresponents estudis magnètics es va sintetitzar un compost homometàl·lic de l'ió lantànid(III). D'altra banda, durant aquest procés de síntesi es van obtenir 7 compostos homometàl·lics de coure(II) dels quals s'ha determinat l'estructura cristal·lina mitjançant DRX de monocristall. L'anàlisi de les dades magnètiques revela que tots ells, excepte un, presenten interacció ferromagnètica. Finalment per completar aquesta línia d'investigació es va realitzar una estada doctoral al grup d'investigació del Professor Spyros P.Perlepes a Patras (Grècia). Es va dur a terme la síntesi de 7 compostos mixtes d-f amb lligands piridiloxima degut a l'escassetat de complexes heterometàl·lics d-f amb aquests tipus de lligands i a l'àmplia experiència del grup amb aquests lligands. Per tal de realitzar l'estudi magnètic d'aquests compostos és necessària la preparació i obtenció de complexes anàlegs; la seva síntesi i la caracterització estructural i magnètica constitueixen part del futur treball per dur a terme. / The existence in the lanthanide ions of spin-orbit coupling produces high magnetic anisotropy that can give rise to interesting magnetic properties, thus the main goal of this work is the synthesis, characterization and magnetic study of heterometallic d-f compounds. Twenty eight new mixed d-f compounds with [Cr(CN)6]3- and 2,2'- bipyridine or N,N'-dimethylformamide as Ln3+ blocking ligands were synthesized and structurally characterized by single-crystal X-ray diffraction. Magnetic study have been carried out for most of them, which reveals that two of them exhibit magnetic order at low temperatures. Using an experimental and theoretical procedure by means of EPR simulations, the magnetic interaction anisotropy of two compounds was evaluated. Following in the research line of synthesis and study of mixed 3d-4f compounds, three heterometallic complexes with amino acid ligands were obtained and characterized. In order to perform the corresponding magnetic studies an homometallic Ln(III) compound was synthesized. During this synthetic procedure seven Cu(II) homometallic complexes were obtained, of which their crystal structure was solved by single-crystal X-ray diffraction. Their magnetic studies reveal that all of them, except one, present ferromagnetic interaction. Finally, with the aim to complete this research line a stage was carried out in the research group of Professor Spyros P.Perlepes in Greece. Seven mixed 3d-4f compounds with pyridyl oxime ligands were synthesized due to the lack of heterometallic d-f complexes with this kind of ligands. In order to perform the magnetic study of these compounds, the synthesis and structural and magnetic characterization represent part of the future work.

Aquest treball teòric estudia l'acoblament magnètic en complexos bi- i trinuclears heterometàl·lics amb lligands pont oxamido, oxamato, ditiooxalato i anàlegs. Per calcular la seva estructura electrònica s'han usat mètodes multireferencials, en particular diferents variants del mètode DDCI, desenvolupat en el grup, i el mètode CASPT2. Per diferents sistemes binuclears coneguts de Cu(II) i Mn(II), l'acoblament magnètic i els mapes de densitat de spin calculats reprodueixen acuradament les dades experimentals. L'acoblament antiferromagnètic en aquests depèn de la transferència de càrrega del lligand al metall, lligada a l'electronegativitat dels àtoms coordinats. En els sistemes hipotètics de tipus Cu(II)-M(II)-Cu(II), on M=Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu i Zn, la magnitud de l'acoblament estimada depèn de l'electronegativitat del metall central, anant de feblement ferromagnètic pel Sc a moderadament antiferromagnètic pel Cu. Aquest treball aporta la interpretació microscòpica de l'acoblament en aquests sistemes, així com la validació i/o les limitacions dels mètodes de càlcul emprats. / This theoretical work examines the magnetic coupling in bi- and trinuclear heterometallic transition metal complexes with bridging ligands such as oxamido, oxamato, ditiooxalato and analogues. To calculate their electronic structure multireference methods have been used, including different variants of DDCI method, developed in our group, and CASPT2 method. For different Cu(II)-Mn(II) binuclear known systems, the magnetic couplings and spin density maps calculated accurately reproduce the experimental data. The antiferromagnetic coupling in these compounds depends on the charge transfer from ligand to metal, linked to the electronegativity of coordinated atoms. In the hypothetical systems of type Cu(II)-M(II)-Cu(II), where M = Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn, the magnitude of the estimated coupling depends on the electronegativity of the metal core, going from the weakly ferromagnetic for Sc to moderately antiferromagnetic for Cu. This work provides the microscopic interpretation of the coupling in these systems, as well as the validation and/or limitations of the computational methods used.