Síntese e estudo de magnetos de íons únicos de metais terras raras e ligantes do tipo oxamato
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Leonardo Humberto Rezende dos Santos
Marcos Antônio Ribeiro
Marcos Antônio Ribeiro
Resumo
Este trabalho descreve a síntese, caracterização estrutural e magnética de compostos de coordenação envolvendo metais terras-raras e ligantes do tipo oxamato de primeira geração [Nfenil(oxamato) (Hphox), ácido N-2,4,6-trimetilfenil(oxamato) (Htmpa)] e segunda geração
[N,N'-2,2’-etilenodifenilenobis(oxamato) (H2edpba)], com o objetivo de avaliar o potencial desses compostos como candidatos a spin qudit. Os complexos foram obtidos utilizando o contra-íon tetrabutilamônio (n-Bu₄N+) por meio da estratégia one-pot, resultando em compostos do tipo calixareno: (n-Bu4N)2[Ln(Hphox)4][Ln(Hphox)4(DMSO)]·DMSO·2H2O [Ln = Ho³⁺ (Hophox), Er³⁺
(Erphox), Yb³⁺ (Ybphox)]; os complexos de inclusão nBu₄N[Ho(H₂O)(Htmpa)₄]‧3DMSO‧1,64H₂O (Hotmpa); nBu₄N[Er(H₂O)(Htmpa)₄]‧3DMSO‧1,5H₂O (Ertmpa); n-Bu₄N[Yb(Htmpa)₄]‧DMSO‧H₂O (Ybtmpa). Além disso, foram sintetizados compostos de alta estabilidade térmica, como nBu₄N[Ln(edpba)₂], onde Ln = Tb³⁺ (Tbedpba), Dy³⁺ (Dyedpba), Er³⁺ (Eredpba) e Yb³⁺ (Ybedpba). As estruturas cristalinas de Erphox, Hotmpa, Ertmpa, Ybtmpa, Tbedpba, Dyedpba e Eredpba foram determinadas por difração de raios X em monocristal. A
equivalência estrutural dos demais compostos foi corroborada por comparação dos padrões de difração obtidos pelas estruturas cristalinas de um composto da respectiva série de complexos com os padrões resultantes do experimento de difração de raios X em policristais. Os compostos contendo Ho³⁺ não apresentaram relaxação lenta da magnetização. Por outro lado, os demais se
comportaram como magnetos de íon único (SIMs, do inglês single ion magnet) induzidos por campo magnético, com exceção de Tbedpba e Dyedpba, que exibiram o fenômeno na ausência de campo externo. Esses resultados sugerem que todos os SIMs possuem potencial como candidatos a spin qudit.
Abstract
This work describes the synthesis, structural, and magnetic characterization of rare-earth complexes with oxamate-type ligands of the first generation [N-phenyl(oxamate) acid (Hphox), N-2,4,6-trimethylphenyl(oxamate) (Htmpa)] and second generation [N,N'-2,2'-
ethylenediphenylenebis(oxamate) (H2edpba)] with the aim of evaluating the potential of these compounds as candidates for spin qubit. The complexes were obtained using the tetrabutylammonium counter-ion (n-Bu₄N⁺) via a one-pot strategy, resulting in the calixarenetype compounds: (n-Bu4N)2[Ln(Hphox)4][Ln(Hphox)4(DMSO)]·DMSO·2H2O [Ln = Ho³⁺ (Hophox), Er³⁺ (Erphox), Yb³⁺ (Ybphox)]; and the inclusion complexes: nBu₄N[Ho(H₂O)(Htmpa)₄]‧3DMSO‧1.64H₂O (Hotmpa); nBu₄N[Er(H₂O)(Htmpa)₄]‧3DMSO‧1.5H₂O (Ertmpa); n-Bu₄N[Yb(Htmpa)₄]‧DMSO‧H₂O (Ybtmpa). Additionally, highly thermally stable compounds were synthesized, such as nBu₄N[Ln(edpba)₂], where Ln = Tb³⁺ (Tbedpba), Dy³⁺ (Dyedpba), Er³⁺ (Eredpba), and Yb³⁺ (Ybedpba). The crystalline structures of Erphox, Hotmpa, Ertmpa, Ybtmpa, Tbedpba, Dyedpba and Eredpba were determined via single-crystal X-ray diffraction. The structural equivalence of the remaining compounds was corroborated by comparing the diffraction patterns obtained from the crystalline structures of a representative compound within the respective series to the patterns from powder X-ray diffraction experiments. The Ho³⁺-based compounds did not exhibit slow relaxation of magnetization. Conversely, the others behaved as single-ion magnets (SIMs) induced by a magnetic field, except for Tbedpba and Dyedpba, which displayed the phenomenon in the absence of an external field. These results suggest that
all of SIM evaluated compounds have potential as candidates for spin qudit.
Assunto
Química inorgânica, Cristalização, Calixarenos, Compostos de coordenação, Raios X – Difração, Metais de terras raras – Propriedades Magnéticas, Ressonância magnética nuclea, Espectroscopia de infravermelho
Palavras-chave
Magnetismo molecular, Lantanídeos, Terra rara, Oxamato, Magneto de íon único
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