Electronic spectroscopy and spin-orbit coupling of organometallic compounds

Les travaux théoriques réalisés dans le cadre de la thèse nous ont permis d’étudier en détail, sur la base de méthodes DFT, TD-DFT et ab initio les propriétés structurales, électroniques et spectroscopiques de deux classes de molécules, les composés carbonyles hydrures des métaux de transition de la 1re et 3me rangée (Mn, Re) et les complexes cyclométalants phenyl pyridine de l’iridium. L’accent a été mis plus particulièrement sur les effets de couplage spin-orbite sur les spectres d’absorption électronique de ces molécules. La quantification de ces effets a permis de montrer que seuls les spectres électroniques des complexes possédant un centre métallique de la 3me rangée des métaux de transition (Re, Ir) étaient modifiés par la correction spin-orbite en perturbation. Le caractère des états, MC ou MLCT, la proximité des états singulets et triplets sont les facteurs qui influencent fortement l’interaction spinorbite entre états excités. Un effet remarquable observé pour le complexe du rhenium est le décalage important du spectre d’absorption vers le rouge du à l’éclatement de l’état triplet le plus bas. Dans ce cas l’effet de couplage spinorbite doit être pris en compte pour obtenir un spectre plus proche de l’expérience. Un effet spin-orbite déjà observé sur d’autres systèmes est l’augmentation de de la densité d’états par éclatement des états triplets et la diminuation des force d’oscillateur qui se répartissent sur ces états pour aboutir à des spectres d’absorption électronique plus étendus et moins intenses. L’étude menée sur les complexes d’iridium pour lesquels les spectres expérimentaux sont particulièrement mal résolus, montre un accord remarquable entre ceux-ci est les spectres d’absorption théoriques TD-DFT. Cependant les effets de fonctionnelle peuvent jouer un rôle important sur la qualité des spectres. Pour ces molécules les calculs ab initio n’ont pu aboutir au-delà du niveau CASSCF. Les états excités sont très délocalisés dans ces molécules et il est difficile de décrire au même niveau d’approximation les différents types d’états MLCT, LLCT, MC, LMCT... Dans la plupart des cas les fonctionnelles B3LYP et PW91 donnent des résultats satisfaisants pour les complexes d’iridium. Les éclatements spin-orbite des états électroniques triplets peuvent être supérieurs à 1500 cm-1 dans les complexes possédant un centre métallique de la 3me rangée des métaux de transition.The theoretical work of the thesis have allowed us to study in detail, on the basis of DFT methods, TD-DFT and ab initio structural, electronic and spectroscopic properties of two classes of molecules, carbonyl compounds, hydrides transition metals of the 1st and 3rd row (Mn, Re) and complex cyclométalants phenyl pyridine iridium. The focus was specifically on the effects of spin-orbit coupling on the electronic absorption spectra of these molecules. The quantification of these effects showed that only electronic spectra of the complexes with a metal center of the 3rd row transition metals (Re, Ir) were modified by correcting spin-orbit perturbation. The character states, MC or MLCT, the proximity of singlet and triplet states are the factors that strongly influence the spin-orbit interaction between excited states. A remarkable effect observed for the rhenium complex is the large shift of the absorption spectrum to the red of the bursting of the lowest triplet state. In this case the effect of spin-orbit coupling must be taken into account to get closer to the experience spectrum. A spin-orbit effects already observed on other systems is to increase the density of states per burst and triplet states as decreasing the oscillator strength which fall on these statements lead to absorption spectra electronic broader and less intense. The study of the iridium complexes for which experimental spectra are particularly poorly resolved, shows a remarkable agreement between them is the theoretical absorption spectra of TDDFT. However, the functional effects can play an important role in the quality of the spectra. For these molecules ab initio calculations do not reach beyond the CASSCF level. The excited states are delocalized in these molecules and it is difficult to describe the same level of approximation the different types of states MLCT, LLCT, MC, LMCT ... In mostcases the functional B3LYP and PW91 give satisfactory results for the iridium complexes. The spin-orbit explosions electronic triplet states may be higher than 1500 cm-1 in complex with metal center 3rd row transition metals