Cette thèse porte sur la synthèse et la caractérisation de complexes octaédrique de fer(II) et fer(III) coordinés par un ligand tridente de type scorpionate (symétrie fac) et par trois ligands cyanures. Leur utilisation en tant que metalloligand face à des ions métalliques partiellement bloqués est étudiée. Les ligands cyanures, de par leur caractère ambidente, permettent un accès facile aux espèces hétérobimétalliques. De plus, ces ligands sont connus pour transmettre efficacement l'interaction d'échange magnétique et donc pour favoriser la communication électronique intramoléculaire entre les ions métalliques qu'ils relient. La fonctionalisation des ligands scorpionates permet de contrôler les propriétés électroniques intrinsèques des complexes précurseurs de fer, et donc de moduler les propriétés des espèces polynucléaires obtenues à partir de ces dernières par auto-assemblage. Dans cette thèse, un intérêt particulier est porté aux systèmes {FeCo} en raison de leur capacité à présenter une bistabilité électronique (propriétés photomagnétiques ou de molécules/chaines aimants). Les systèmes cyanuré {FeCo} sont particulièrement adaptés pour l'observation de réarrangements électroniques thermo- et/ou photo-induit, comme en témoignent le nombre important de composés cyanurés photomagnétiques dans la littérature. / The work presented in this PhD dissertation focuses on the synthesis and the characterisation of octahedral iron(II) and iron(III) complexes coordinated by a tridentate ligand of the scorpionate family (fac- geometry) and three cyanide ligands. Their use as metalloligands in respect to partially blocked metal ions is studied. Because of their ambidentate character, cyanide ligands open the door to facile synthesis of heterobimetallic species. Moreover, these ligands are known to be efficient magnetic exchange interaction transmitter, thus favouring intramolecular electronic communication between the metal ions they are bridging. The functionalisation of scorpionate ligands allows control over the intrinsic electronic properties of the iron precursor complexes, thus allows to tune the properties of the obtained polynuclear species from the latter by self-assembly. In this PhD dissertation, a particular interest was taken in {FeCo} systems because of their potential ability to exhibit electronic bistability (photomagnetic properties or SMM/SCM behaviour). Cyanide-bridged {FeCo} systems are particularly suitable for the observation of thermally or light-induced electron rearrangements, as testified by the wide range of photomagnetic cyanide-bridged compounds in the literature.

Ce travail de thèse portait sur la synthèse et l'étude de complexes magnétiques redox-actifs comme prototypes pour la conception d'aimants moléculaires à haute température. L'activité redox est assurée par le ligand pontant, qui peut moduler et parfois améliorer significativement les propriétés magnétiques. Après un chapitre d'introduction présentant les derniers développements dans le domaine des matériaux magnétiques moléculaires, un accent particulier est mis sur l'importance d'avoir un fort couplage d'échange magnétique J entre les porteurs de spin. Une étude bibliographique présentant deux approches émergentes pour augmenter J dans les composés polynucléaires est également présentée et discutée. Le chapitre 2 présente les synthèses et caractérisations de complexes dinucléaires [M2(tphz)(tpy)2](PF6)n (M = Co(II) ou Ni(II); n = 4, 3, 2, tphz = tétrapyridophénazine, tpy = terpyridine) construits à partir de ligands pontant (tphz) et bloquant (tpy) fortement coordinants et redox-actifs. Les études approfondies de ces composés montrent que le ligand pontant redox-actif peut être utilisé comme un outil de choix pour promouvoir une délocalisation des spins, de forts couplages magnétiques, ainsi que de la commutabilité. L’analyse des résultats obtenus permet également de mieux comprendre les paramètres clés pour l’élaboration de systèmes fortement couplés magnétiquement. Dans le prolongement de ce travail visant à sélectionner les meilleurs composants pour la conception rationnelle d'aimants moléculaires à haute température, le chapitre 3 décrit une nouvelle série de complexes mononucléaires [Cr(III)(tphz)(tpy)](CF3SO3)n (n = 3, 2, 1). Les complexes mono- et doublement réduits présentent des interactions magnétiques remarquablement fortes entre les ions métalliques et les ligands radicalaires, et pourraient servir d'unités magnétiques intéressantes pour la conception d'aimants de plus hautes nucléarités. / The thesis work aims at the synthesis and study of redox-active magnetic molecules as prototypes towards the design of molecule-based magnets with high operating temperature, a prerequisite for technological applications. The redox activity is provided by the bridging ligand, which could tune and sometimes enhance significantly the magnetic properties of the resulting molecular architectures. After an introduction chapter presenting the latest developments in the field of molecule-based magnetic materials, special emphasis is given on the importance of having large magnetic exchange coupling J between the spin carriers to reach high operating temperature. This is supported by a bibliographic study concerning two emerging approach to enhance J values in polynuclear compounds. Chapter 2 presents the syntheses and characterizations of dinuclear M(II) complexes [M2(tphz)(tpy)2](PF6)n (M = Co or Ni; n = 4, 3, 2, tphz = tetrapyridophenazine) built by using strongly complexing, redox-active bridging ligand (tphz), and terpyridine (tpy) as capping ligands. The extensive studies on these compounds show that the redox-active bridging ligand can be used as a tool to promote spin delocalization, high spin complexes and magnetic multi-switchability. Importantly the work reveals the key parameters towards building strongly magnetically coupled systems. As a continuation research of finding the best magnetic components for the rational design of high temperature molecule-based magnets, Chapter 3 describes a new series of [Cr(III)(tphz)(tpy)](CF3SO3)n (n = 3, 2, 1) mononuclear complexes. Both the mono and doubly-reduced complexes show remarkable magnetic interactions between metal center and radical ligands, which could further act as interesting magnetic units for the design of higher nuclearities magnets.

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'application de la spectroscopie RMN pour l'étude de matériaux magnétiques moléculaires. Une attention particulière est consacrée aux systèmes magnétiques possédant des cyanures : des briques de construction, des complexes de cyanure polymétalliques et des réseaux étendus (analogues bleu de Prusse) à faible dimension. Par le biais d’exemples spécifiques, nous essayons de montrer que la spectroscopie RMN peut être utilisée comme une puissante sonde magnétique et structurale des systèmes paramagnétiques (chapitre 2, 4, 5). De plus, la RMN est également utilisée pour étudier l’équilibre de spin, en solution, d’une famille de complexes à transition de spin Fe(II) (chapitre 3). En dehors de la spectroscopie RMN, différentes techniques comprenant la spectroscopie FT-IR et UV-Vis (à l'état solide et solution), l’analyse thermogravimétrique (ATG), la diffraction aux rayons X, la résonance paramagnétique électronique (RPE), la diffraction de neutrons polarisés (uniquement pour le composé [Fe(Tp)(CN)3]-) et la magnétométrie SQUID sont utilisées afin d’obtenir une caractérisation structurale et électronique fiable des matériaux magnétiques sondés. Ces techniques permettent également de rationaliser et de soutenir les résultats obtenus à partir de spectroscopie RMN. Par ailleurs, des calculs théoriques de certains composés ont été effectués à l’aide de la méthode DFT (en collaboration avec les théoriciens) afin de soutenir les observations expérimentales. Le premier chapitre de la thèse revient sur quelques concepts de base de la spectroscopie RMN, à l'état solide et en solution, et expose brièvement quelques exemples d'études de systèmes paramagnétiques en RMN. La partie expérimentale de ce même chapitre met l'accent sur l'utilisation de la spectroscopie RMN 13C et 15N à l'état solide pour sonder les propriétés magnétiques locales, estimer la densité de spin et sa répartition sur les ligands cyanures. Une question fondamentale pour les magnéto-chimistes est ainsi soulevée : comment l'électron non apparié, délocalisé de la source paramagnétique sur le ligand pontant, donne t-il naissance à l'interaction magnétique d'échange? Dans le troisième chapitre de la thèse, la spectroscopie RMN 1H paramagnétique en solution a été utilisée pour étudier des complexes mononucléaires Fe(II) commutables, c’est-à-dire pouvant subir un changement de leurs propriétés magnétiques (et optiques) sous l’influence de stimuli externes. L’équilibre de transition de spin thermo-induit des complexes [FeII(R-bik)3]2+ a été étudié par RMN 1H, à température variable, et les résultats ont été comparés à ceux obtenus avec des techniques différentes. Le quatrième chapitre traite de la caractérisation magnéto-structurale de certains complexes polynucléaires fondé sur la nouvelle brique de construction cyanurée [CoIII(Me2Tp)(CN)3]-. La spectroscopie RMN du noyau quadripolaire 59Co est employée comme sonde pour suivre à différente température, le comportement magnétique des systèmes moléculaires contenant du Co(III). La RMN 59Co permet par ailleurs, l’étude du mécanisme d'extension de spin sur le pont cyanure... / The work presented in this Ph.D. dissertation focuses on the application of NMR spectroscopy for studying molecular magnetic materials. A particular attention is devoted to cyanide-contaning magnetic systems: cyanide building blocks, low-dimensional polymetallic complexes and extended networks (Prussian blue analogues). Basically, we try to show through selected examples that NMR can be used as a powerful structural and magnetic probe to address a variety of questions related to paramagnetic materials (chapter 2, 4, 5). Besides, we also use here NMR to study spin equilibrium in solution in a family of Fe(II) spin-crossover complexes (chapter 3). Apart from the use of various NMR techniques, different physical techniques including FT-IR and UV-Vis spectroscopy (in solid-state and solution), TGA, X-ray diffraction, EPR spectroscopy, Polarized neutron diffraction (only for [Fe(Tp)(CN)3]- compound), and SQUID magnetometry are used to obtain reliable structural and electronic characterization of the probed magnetic materials and to rationalize and support the results obtained from NMR spectroscopy. Theoretical DFT calculations (in collaboration with theoreticians) are also performed on some selected compounds to support the experimental observations. The first chapter of the dissertation provides a short overview of some basic concepts of NMR spectroscopy in solid state and in solution and gives very briefly some few examples of NMR studies on a variety of paramagnetic systems. The first experimental chapter of the thesis focuses on the use of 13C and 15N solid-state NMR spectroscopy to probe local magnetic properties and to estimate the spin density and its distribution onto the cyanide ligands. It thus addresses a fundamental question for magnetochemists: how the unpaired electron delocalized from the paramagnetic source onto the bridging ligand to give rise to the magnetic exchange interaction? In the third chapter of the thesis, the solution state paramagnetic 1H NMR spectroscopy has been used to study Fe(II) mononuclear switchable complexes, which undergo a change of their magnetic (and optical) properties upon external stimuli. More specifically, the thermally-induced spin-crossover equilibria of the [FeII(R-bik)3]2+ complexes has been studied by variable temperature 1H NMR and the results are compared to those obtained by other techniques. The fourth chapter deals with the magneto-structural characterization of some polynuclear complexes based on the new cyanide-based [CoIII(Me2Tp)(CN)3]- building block. NMR spectroscopy of the quadrupolar 59Co nucleus is used as a probe for following the magnetic behaviour of these Co(III) containing molecular systems at different temperature. It also allows to investigate the spin extension mechanism over the cyanide bridge. Finally the chapter 5 intends to explore the use of 113Cd NMR spectroscopy as both a local structural and magnetic probe for studying Fe-Cd based molecular materials...