Polynuclear manganese compounds with carboxylate bridging ligands models of redox enzymes: insertion inside mesoporous supports: study of their magnetic and catalytic properties

Abstract

The main objective of this work is the synthesis of manganese compounds and hybrid materials that may be relevant from a bioinorganic and magnetic point of view. The developed strategy comprises three main steps that form different sections in this thesis:

(a) Synthesis and characterization of molecular manganese compounds and study of the magnetic properties

The crystal structure of twenty-three new Mn compounds of different nucleartities were obtained in which the Mn oxidation state is II, III, or IV. The magnetic properties of all these compounds were profoundly studied and they have been rationalized with their structural and electronic parameters. The MnII compounds were also studied with EPR spectroscopy.

(b) Synthesis and characterization of hybrid materials based on molecular manganese compounds inside mesoporous silica.

Selected molecular compounds were inserted inside mesoporous silica (MCM-41 type). The Mn complexes inside the supports were characterized with TGA, XPS, ICP-OES, IR spectroscopy, and magnetic measurements.

(c) Study of the catalytic properties of both molecular compounds and hybrid materials.

A family of the molecular compounds obtained in this work are structural and functional models of the Mn catalase, an enzyme found in some bacteria with antioxidant properties (H2O2 scavenger). The catalase activity for these compounds and the hybrid materials was studied in acetonitrile and water.

L’objectiu principal del treball realitzat en aquesta tesi és la síntesi de compostos de manganès i materials híbrids que puguin ser rellevants des d’un punt de vista bioinorgànic i magnètic. L’estratègia desenvolupada compren tres etapes principals que formen diferents seccions en la tesi:

(a) Síntesi i caracterització de compostos moleculars de manganès i estudi de les propietats magnètiques

S’han obtingut les estructures cristal·lines de vint-i-tres compostos nous de manganès, en els que l’estat d’oxidació del manganès és II, III o IV. S’han estudiat profundament les propietats magnètiques de tots aquests compostos i s’han racionalitzat aquestes amb paràmetres estructurals i electrònics. Els compostos de MnII també s’han estudiat per espectroscòpia RPE.

(b) Síntesi i caracterització dels materials híbrids basats en compostos moleculars de manganès inserits en silici mesoporosa.

Alguns dels compostos moleculars s’han inserit en sílice mesoporosa (tipus MCM-41). S’han caracteritzat els complexos de manganès dins dels suports amb l’ajuda de diverses tècniques, com ara ATG, XPS, ICP-OES, espectroscòpia d’IR i mesures magnètiques.

(c) Estudi de les propietats catalítiques dels compostos moleculars i dels materials híbrids.

Una família de compostos moleculars obtinguts en aquest treball són models estructurals i funcionals de les catalases de manganès, un enzim amb propietats antioxidants (“H2O2 scavenger”) que es troba en alguns bacteris. S’ha estudiat l’activitat catalasa d’aquests compostos i dels materials híbrids en acetonitril i aigua.