Tetrazine-Radical-Bridged Lanthanide Complexes: From Di- to Trinuclear Single-Molecule Magnets

化学 镧系元素 磁铁 结晶学 磁各向异性 感应耦合 反铁磁性 化学计量学 离子 桥联配体 配体(生物化学) 磁弛豫 放松(心理学) 原子轨道 电磁屏蔽 激进的 耦合常数 顺磁性 磁化率 无机化学 各向异性 四嗪 磁化 吡啶 核磁共振 各向异性能量 镧系收缩 联轴节(管道) 物理化学 共价键 磁性
作者
Jing Xi,An-Zhi Huang,Yi-Fei Deng,Yi-Quan Zhang,Yuan-Zhu Zhang
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:65 (3): 1900-1910
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c04614
摘要

The intrinsic shielding of lanthanide 4f orbitals leads to weak magnetic exchange, a fundamental limitation that can be addressed by using radical-bridged ligands. In this work, we employed the electron-deficient ligand 3,6-bis(2,2'-bipyridyl)-1,2,4,5-tetrazine (bbpytz) and prepared a series of di- and trinuclear lanthanide complexes by intentionally controlling the stoichiometry of bbpytz and Ln(acac)3. This approach yielded the dinuclear complexes [LnIII2(bbpytz•-)(μ2-OH)(acac)4] (Ln = Dy, 1; Tb, 2) and trinuclear complexes [LnIII3(bbpytz•-)(μ2-OH)(acac)7]·2MeCN (Ln = Dy, 3; Tb, 4; Gd, 5; Y, 6), in which the reduced tetrazine ligand (bbpytz•-) serves as both a bridging and capping radical ligand. Magnetic studies reveal antiferromagnetic coupling between the radical and LnIII centers, with coupling constant (-2J formalism) of -3.3 (1), -6.0 (3), and -3.8 cm-1 (5). Ab initio calculations support strong axial anisotropy for the DyIII ions and demonstrate a near-parallel alignment of magnetic easy axes. As a result, dysprosium complexes 1 and 3 exhibit slow magnetic relaxation and function as zero-field single-molecule magnets (SMMs), with effective energy barriers of 18.8 and 19.8 K, respectively. This study underscores the dual role of tetrazine radicals in enabling both strong magnetic exchange and control over magnetic anisotropy for the design of high-performance SMMs.
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