Cette thèse a porté sur l'étude des propriétés structurales et électroniques d'une série de complexes cubiques A-FeCo représentant des modèles moléculaires des CoFe-PBA. Ces cubes hétérobimétalliques neutres de formule A{Fe4Co4(CN)12} reproduisent une série d'unités cubiques uniques excisées du composé inorganique de type " bleu de prusse ". Le composé moléculaire octamétallique est composé de 4 ions FeIIBS, 3 ions CoIIIBS et 1 ion CoIIHS reliés par des ponts cyanures. Un monocation est hébergée à l'intérieur du cube. Les ions métalliques situés au coin du cube sont liés par des ligand tridentés de type scorpionate (Tp pour Fe et pzTp pour Co). La présence d'un ion Co (II) non équivalent induit un abaissement de la symétrie du Td à C3v. La DRX sur monocristaux a permis de déterminer avec précision l'emplacement du cation inséré dans le cube. En raison de la présence d'une charge négative formelle dans l'un des coins de la cage (celle accueillant l'ion Co (II)), deux types d'interactions entre le cation et le cube ont été postulés. L'une est une interaction électrostatique, et l'autre est l'interaction entre le cation (acide de Lewis) et les systèmes de cyanure (base de Lewis). Au sein de la famille des cubes contenant des ions alcalins, le Cs + interagit avec les 12 ponts cyanures alors que le K + n'interagit qu'avec trois d'entre eux. La spectroscopie RMN 133Cs a permis de confirmer une interaction chimique entre le césium (invité) et la cage (hôte). Ces cubes ont montré une remarquable capacité d'encapsuler différentes monocations de tailles et de nature différentes. / This thesis has focused on the investigation of the structural and electronic properties of a series of A-FeCo cubic complexes representing molecular models of the CoFe-PBAs. These neutral heterobimetallic cubes of abbreviated formula A-{Fe4Co4(CN)12} reproduce a series of single cubic units excised from the Prussian Blue type framework. The octametallic anionic core is composed by 4xFeIILS, 3xCoIIILS and 1xCoIIHS connected via bridging cyanides. A monocation is encapsulated inside the cube. The metal ions situated at the corner of the cube are facially capped by tridentate “scorpionate ligand” (Tp for Fe and pzTp for Co). The occurrence of one non-equivalent Co(II) ion induces a lowering of the symmetry from Td to C3v. Single crystal XRD allowed determining precisely the location of the inserted cation in the cube. Because of the presence of a formal negative charge in one of the corner of the cage (that accommodating the Co(II) ion), two types of interactions between the cation and the cube have been postulated. One is an electrostatic interaction, and the other one is the interaction between the cation (Lewis acid) and the cyanide systems (Lewis base). Within the family of alkali ion containing cubes, the Cs+ interacts with the 12 cyanide bridges whereas the K+ interacts with only three of them. The 133Cs-NMR spectroscopy allowed confirming a through bond interaction between the guest caesium and the host cage.

Certains composés moléculaires présentent des propriétés électroniques modulables par des stimuli (T, P, B, h). Différents états électroniques peuvent alors être stabilisés sous certaines conditions extérieures et le passage d'un état à l'autre s'effectue de façon réversible. Cette propriété de bistabilité ouvre ainsi la voie à des applications dans le domaine du stockage de l'information. Ce travail présente l'influence d'une irradiation lumineuse sur les propriétés magnétiques de composés de coordination construits à partir d'une brique cyanométallate et d'ions métalliques Co. Nous étudions en détail, à l'aide des techniques magnétiques et de réflectivité optique, les états métastables photo-induits dans des composés hexa-, tri- et octa-cyanométallates. La stabilité en température, mais aussi dans le temps, de ces états métastables sont présentées et analysées. L'étude des propriétés photomagnétiques corrélées aux données structurales permet d'ouvrir la discussion sur le rôle important joué par les interactions à courte portée dans la conservation des états métastables dans ces réseaux. Le résultat le plus marquant de ce travail est l'obtention d'une température limite de stockage de l'information T(LIESST) = 183 K dans un cluster moléculaire, ouvrant la voie à une nouvelle famille de matériaux moléculaires présentant des états photo-induits possédant de longues durées de vie.

De nombreux travaux ont été dédiés ces dernières années aux matériaux à transition de spin qui présentent des potentialités pour le stockage de l'information en raison de leurs propriétés physiques commutables : métastabilité thermique et optique. Ce travail est relatif au mécanisme photo-induit dans les systèmes à transition de spin et, plus précisément, à l'étude des effets de dilution sur la température LIESST. L'objectif principal est de mieux cerner les paramètres qui gouvernent T(LIESST). Diverses études expérimentales ont été réalisées sur des composés mononucléaires 0D, polymériques 1D et polynucléaires. L'analyse de l'ensemble des propriétés photomagnétiques a permis de montrer que T(LIESST) est indépendant de la dilution et suggère que cette grandeur est gérée par la molécule et dépend très peu des interactions intermoléculaires.

L'obtention de matériaux possédant une propriété physique modulable par une perturbation extérieure est une voie de recherche active dans le domaine des sciences moléculaires. Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'étude de l'influence d'une excitation lumineuse sur les propriétés magnétiques de composés à précurseurs moléculaires à l'état solide. Nous nous sommes intéressés aux précurseurs octacyanométallates Miv,v(CN)8n-M=Mo,W ; n = 3,4) car ils possèdent i) une flexibilité du degré d'oxydation du métal central correspondant à deux états de spin différents pour un même environnement ii) une propriété de photo-oxydation du métal passant d'un état diamagnétique (Miv) à ùn état paramagnétique (Mv) sous irradiation lumineuse dans le domaine UV. Ces deux propriétés nous ont ainsi permis de développer deux stratégies distinctes afin d'obtenir de nouveaux matériaux photomagnétiques. Les composés synthétisés ont été caractérisés par diffraction des RX sur monocristal, sur poudre, diffusion des rayons X aux grands angles (WAXS) et Absorption X (XANES et EXAFS). L'étude des propriétés photomagnétiques a mis en évidence deux comportements différents suivant la nature des composés et le domaine de longueur d'onde utilisé lors de l'excitation lumineuse. Nous avons ainsi observé pour le composé cuII2[MoIV(CN)8].7.5H20 le passage d'un état paramagnétique à un état ferromagnétique sous irradiation lumineuse par transfert d'électron photo-induit entre les centres métalliques.

Ce travail porte sur les transitions de spin thermiques et photomagnétiques de complexes de fer (II). L'objectif principal est de mieux cerner les paramètres moléculaires influençant les transitions de spin photoinduites. La synthèse et l'étude des propriétés magnétiques de plusieurs familles de complexes à bases de ligands azotés ont été réalisées. L'analyse de l'ensemble des propriétés photomagnétiques a permis de valider la relation entre T(LIESST) et T1/2 et suggère que la denticité du ligand est un facteur prépondérant dans les processus de relaxation.

La thèse présente de nouvelles stratégies dans la chimie métallo-supramoléculaire en utilisant, (1) des nouveaux précurseurs de cuivre (II) avec des positions basales accessibles, qui peuvent favoriser l'échange magnétique, et qui présentent aussi des sphères de coordinations flexibles pour l'obtention des matériaux magnétiques et photo magnétiques; (2) des ligands cyano-bisphosphonates pour l'obtention de réseaux étendus en utilisant la stratégie building-block; (3) des ligands tris-phosphonato-triazine pour l'obtention des complexes avec des centres paramagnétiques Cu(II), Mn(II) et Co(II) en utilisant des fragments M(hfac)2 (hfac = hexafluoro-acétylacétonate). Des nouveaux clusters hétérométalliques ont été obtenus en utilisant comme building-block [Co(CN)6]3-[Cr(CN)6]3-,[Mo(CN)8]4-, [W(CN)8]4- et précurseurs de cuivre (II), synthétisés à partir d'une base de Schiff tridentate qui peut permettre l'accès du connecteur dans le plan basal. Nous présenterons dans la thèse les résultats obtenus avec le ligand 1-Cyanométhylène-bis(5,5-diméthyl-2-oxo-1,3,2-dioxaphosphorinane ). Une série de complexes homométalliques a été synthétisée et caractérisée à l'état solide par diffraction des rayons X sur monocristal. La réaction de ces unités de construction avec un deuxième centre métallique conduit à des systèmes supramoléculaires étendus.

L'état d'art concernant l'élaboration des matériaux inorganiques multifonctionnels, à l'échelle nanométrique, a fait l'objet de nombreuses recherches depuis vingt ans. Les réseaux de coordination tridimensionnels d'analogues de bleu de Prusse présentent des propriétés magnétiques modulables par l'application d'un stimulus extérieur (champ magnétique, irradiation lumineuse, pression ou variation de température etc...) qui mènent à une variété d'applications notamment pour le stockage de l'information et pour l'imagerie médicale. C'est dans ce cadre que s'inscrit ce travail de thèse.L'objectif principal porte sur la synthèse, la caractérisation chimique et structurale et l'étude des propriétés magnétiques, photomagnétiques et de relaxivité de nano-objets multicouches de ces réseaux. Dans une première partie, nous avons cherché à élaborer des nanoparticules de l'analogue CsCoFe(CN)6 du bleu de Prusse photomagnétique de tailles bien contrôlées. La synthèse met en jeu plusieurs facteurs qui influent la taille et l'homogénéité des particules. Ainsi une croissance contrôlée de la taille a été obtenue permettant de sonder l'effet de la taille sur la réponse photomagnétique. L'assemblage de ces particules sur un substrat de graphite orienté HOPG a permet d'obtenir une monocouche compacte sur plusieurs microns qui conduit à une croissance de films d'épaisseurs contrôlées. Le comportement photomagnétique a été étudié sur ces films. Dans la deuxième partie, nous nous sommes également intéressés à combiner, toujours à l'échelle nanométrique, cet analogue photomagnétique à un autre réseau ferromagnétique CsNiCr(CN)6 dans le but de créer une réponse exaltée sous lumière à plus haute température. Un comportement synergique est observé dans de telles hétérostructures et se manifeste par (i) une aimantation présentant un renversement uniforme des deux composantes et (ii) une augmentation photo-induite de l'aimantation qui persiste jusqu'à la température d'ordre du ferromagnétique.La dernière partie est consacrée à la synthèse d'agents de contraste nanométriques de réseaux de coordination. D'une part, des nanoparticules de bleu de Prusse KFeFe(CN)6 de tailles différentes ont été synthétisées avec un excellent contrôle de la taille. Les valeurs de relaxivité de la composante longitudinale T1 du temps de relaxation montrent une dépendence de la taille et du taux d'atomes paramagnétiques en surface. D'autre part, nous avons élaboré un alliage MnxIn1-xFe(CN)6 avec différentes proportions en manganèse, différentes tailles ont été obtenues en fonction du taux de manganèse inséré. Nous avons démontré que les ions MnII sont localisés en surface dans une structure proche de la structure cœur-coquille qui explique les valeurs élevées observées. Les valeurs élevées de la relaxivité de ces particules en font d'excellents candidats en tant qu'agents de contraste pour l'imagerie à résonance magnétique (IRM). Afin d'explorer leurs potentialités, les particules de KFeFe(CN)6 de 6 nm et de Mn0.3In0.7Fe(CN)6, présentant la plus grande valeur de relaxivité, ont été enrobées par un polymère fluorescent biocompatible et internalisées au sein des cellules vivantes. Des tests de toxicité ont été aussi effectués.

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.

Les analogues du bleu de Prusse contenant du Fe et du Co (Fe/Co PBA) sont des complexes moléculaires qui présentent des propriétés physiques bistables. Par conséquent, ils sont considérés comme des candidats potentiels pour le stockage d'informations à base de molécules. Cette thèse vise à étudier la structure électronique et magnétique de Fe/Co PBA en utilisant des techniques expérimentales et théoriques avancées. Les techniques X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) et X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) combinées avec la théorie des multiplets en champ de ligands (LFM) sonde le changement dans les propriétés magnétiques macroscopiques de Fe/Co PBA et peuvent donner des informations locales sur les centres métalliques des complexes. Le composé tridimensionnel RbCoFe PBA, deux complexes de dinucléaire photomagnétiques et les précurseurs de Fe sont étudiés. L'étude de XMCD combinée avec la LFM a révélé une grande valeur du moment magnétique d'orbite du précurseur FeTp. Une étude détaillée a été effectuée pour vérifier les règles de somme d'orbite et de spin dans le cas des ions de Fe(III) bas spin et il a été constaté que la règle spin somme n'était pas valide à cause de l'entremélange des seuils L2 et L3. L'enquête XMCD des complexes dinucléaires photomagnétiques a confirmé le transfert d'électrons métal-métal. Cette enquête XMCD de la plus petite unité de la famille Fe / Co PBA est utile pour comprendre les propriétés magnétiques de la famille de Fe / Co PBA. L'étude XMCD sur aux seuils K du Fe et du Co d'un composé tridimensionnel RbCoFe PBA a prouvé l'existence d'une interaction antiferromagnétique entre les ions métalliques de Fe et de Co dans l'état photoinduit. / The Fe/Co Prussian Blue Analogues (PBA) are molecular complexes that exhibit externally controlled bistable physical properties. Thus, they are considered as potential candidates for photoswitchable molecule-based information storage. This thesis aims to investigate the electronic and magnetic structure of Fe/Co PBA using advanced experimental and theoretical techniques. X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) and X-ray Magnetic Circular Dichroism (XMCD) techniques combined with Ligand Field Multiplet (LFM) theory probe the change in the macroscopic magnetic properties of PBA and can give local information about the metal centers existing in the complexes. The XAS and XMCD spectra at Fe and Co L2,3 edges are simulated using Ligand Field Multiplet (LFM) Calculations. The tridimensional RbCoFe PBA, two photomagnetic dinculear complexes and the building blocks Fe-bearing precursors are investigated. The XMCD study combined with LFM investigation revealed a large value of orbital magnetic moment in FeTp precursor of the dinuclear complex. A detailed study has been performed to check for the orbit and spin sum rules in the case of low spin FeIII ions and it was found that the spin sum rule does not hold because of intermixing between L2 and L3 edges. The XMCD investigation of the photomagnetic dinuclear complexes confirmed the metal-to-metal electron transfer. This XMCD investigation of the smallest unit of Fe/Co PBA family is helpful to understand the magnetic properties of the family of Fe/Co PBA. The XMCD study at Fe and Co K edges of a tridimensional RbCoFe PBA proved the existence of an antiferromagnetic interaction between Fe and Co metal ions in the photoinduced state.

Les travaux de recherche de cette thèse concernent sur la préparation et l’étude des propriétés physiques de nanocristaux commutables basés sur des matériaux de type transition de spin et photomagnétiques potentiellement candidats en tant que nanocapteurs. Les nanocristaux à transition de spin appartiennent à la famille des réseaux de coordination basés sur les chlatrates de Hoffman [Fe(pyrazine)] [Pt(CN)4]. L’étude se concentre sur le contrôle de la taille des nano-bâtonnets et sur l’étude de leur bistabilité thermique en relation avec leur environnement et de leur interaction avec les molécules invitées. Nous montrons que la croissance des nanocristaux en forme de bâtonnets est obtenue en présence de nanoparticules préformées de 2 à 3 nm de l’analogue du bleu de Prusse CsNiCr(CN)6, censées diriger la croissance anisotrope des objets. Les nano-bâtonnets formés sont stables pendant une longue période en solution en raison de leurs charges négatives. Ils possèdent une hystérèse thermique assez large centrée sur la température ambiante. La largeur et la position en température de l’hystérèse thermique dépendent de la nature de l'environnement des nanocristaux. Avec des sels d'ammonium à longue chaîne (tels que le bromure de dodécyltrimentylammonium ou le bromure de dexhyl triméthyl ammonium), l’hystérèse thermique se rétrécit et se décale vers les basses températures. Avec des chaînes alkyles plus courtes, le décalage de l’hystérèse est plus petit sans que sa largeur ne change beaucoup. Lorsque les tiges sont noyées dans une matrice de silice rigide, la transition est déplacée à très basse température et l'hystérésis thermique disparaît. L'insertion de molécules de I2 conduit à une hystérèse thermique plus large centrée sur une température plus élevée que la température ambiante. Les nanoparticules photomagnétiques appartiennent à la famille des réseaux bimétalliques d’analogues du bleu de Prusse (PBA) basés sur le CoFe. Ce type de matériaux peut subir une transition thermique de l'état paramagnétique CoIIFeIII à l'état diamagnétique CoIIIFeII. L'état de haute température peut ensuite être rétabli par un éclairage lumineux à basse température. Nous nous sommes concentrés sur trois types de nanoparticules de CoFe contenant les ions alcalins CsI (11 nm) et RbI avec deux tailles différentes : 30 et 80 nm pour ces dernières. La taille des objets était contrôlée par différents paramètres tels que la nature de l'ion alcalin, la concentration des précurseurs et leur stœchiométrie. La combinaison de différentes techniques, telles que les spectroscopies électronique et infrarouge, associée à la spectroscopie par résonance paramagnétique électronique et à la diffraction des rayons X sur poudre permet de suivre l’évolution de la composition des nanoparticules avec le temps en solution à la température ambiante. L’étude de l’évolution conduit à la conclusion générale que le phénomène de transfert d’électrons de CoII à FeIII se produit en solution pendant plusieurs jours avant que les objets n’atteignent leur état thermodynamique stable qui dépendait de la nature de l’ion alcalin et de la taille des objets. Le comportement (photo)magnétique a ensuite été étudié à l’état solide pour différents temps d’évolution des trois types de particules, ce qui a permis de proposer un mécanisme qualitatif de leur formation en solution. / The research work in this thesis is focused on the preparation and the study of the physical properties of switchable nanocrystals based on spin crossover and photomagnetic materials that are potential candidates as nanosensors. The spin crossover nanocrystals belong to the coordination network family based on the Fe(II) Hoffman chlatrates [Fe(pyrazine)][Pt(CN)4]. The study is focused on controlling the size of self-standing nanorods and on the investigation of their thermal bistability in relation with their environment and their interaction with guest molecules. We show that the growth of the rod-shaped nanocrystals is obtained in the presence of preformed 2-3 nm nanoparticles of the Prussian Blue Analogue CsNiCr(CN)¬6 that is thought to direct to anisotropic growth of the objects. The formed rods can be stable for a long time due to their negative charge. They possess a rather wide thermal hysteresis centered around room temperature. The width and position in temperature of the thermal hysteresis depends on the nature of the environment of the nanocrystals. With very long ammonium salt (such as dodecyl trimetylammonium bromide or dexhyl trimethyl ammonium bromide), the thermal hysteresis becomes narrower and shifts to low temperature. While with shorter alkyl chains, the shift of the hysteresis is smaller without much change in its width. When the rods are embedded in a rigid silica matrix, the transition is shifted to very low temperature and the thermal hysteresis vanishes. The insertion of I2 molecules leads to a wider thermal hysteresis centered at a higher temperature.The photomagnetic nanoparticles belong to the bimetallic Prussian Blue Analogues (PBAs) family based on CoFe. This type of materials may undergo a thermal transition from the paramagnetic CoIIFeIII state to the diamagnetic CoIIIFeII one. The high temperature state can then be restored at low temperature by light illumination. We focused on three types of CoFe PBAs nanoparticles containing the CsI (11 nm) and the RbI alkali ions with two different sizes 30 and 80 nm for the latter. The size of the objects was controlled by different parameters such as the nature of the alkali ion, the concentration of the precursors and their stoichiometry. The combination of different techniques such as electronic and infra spectroscopies together with Electron Spin Resonance Spectroscopy and X-ray powder diffraction allows following the evolution of the nanoparticles’ composition with time in solution at room temperature. The evolution study leads to the general conclusion that the electron transfer phenomenon from CoII to FeIII occurs in solution during several days before the objects reach their thermodynamic stable state that was found to depend on the nature of the alkali ion and on the size of the objects. The (photo)magnetic behavior was then investigated in the solid state for different evolution time of the three types of particles, which allowed proposing a qualitative mechanism of their formation in solution.