多酸

多酸（英語：Polyoxometalate）是指多個金屬含氧酸分子（如鉬酸、釩酸等）通過脫水縮合而成的含氧酸簇狀化合物。其中心元素以5族元素/6族元素為主，比如鉬、鎢、釩、鈮、鉭等，每個金屬原子和氧元素形成配位多面體（以六配位八面體為常見），然後各多面體通過公用氧原子形成較大的堆砌結構，即多酸類化合物。上述金屬原子的配位多面體有很強的縮聚傾向，因此可以形成非常龐大的無機陰離子，例如{Mo368}分子、{Mo176}分子（如圖）。

正因為這些金屬原子的配位多面體有很強的縮聚傾向，多酸可以容納個別的其它含氧酸多面體，形成其它複雜多酸結構（雜多酸）。元素周期表中大部分元素均可作為雜原子與前過渡元素組成雜多酸，如PO₄^-3四面體被12個鉬氧六面體包裹形成如磷鉬酸銨等分子。

多酸結構的穩定性也使得部分多面體被水解脫離，而其它原子仍然保持原有骨架，形成缺位多酸。缺位多酸有一個或多個空位，有較強的配位能力，能夠與多種金屬離子形成配位化合物。

雜多酸具有分子量大、體積大和籠狀結構等結構特性。由於其籠狀結構的穩定性，多酸通常具有強酸性。

形成

d₀ 金屬的氧化物，如V₂O₅, MoO₃, WO₃， 在鹼性的環境下回會生成 VO₄^3-, MoO₄^2-, WO₄^2-（orthometalates）. 但是並不能確定其他氧化物Nb₂O₅, Ta₂O₅ 在鹼性環境下分解而形成的物質。 當酸鹼度（pH）下降，這些產物（orthometalates）會被質子化，生成氫氧化物， 如 W(OH)O^3-和V(OH)O₃^2-。 通過羥連作用，這些氫氧化產物會被脫水濃縮，水分子會丟失，M-O-M連接形成。這個濃縮反應用釩酸鹽舉例為：
4 VO₄^3- +8 H⁺ → V₄O₁₂^4- + 4 H₂O
2 ^1⁄2 V₄O₁₂⁴⁻ + 6 H⁺ → V₁₀O₂₆(OH)²⁴⁻ + 2 H₂O
磷酸鹽或者矽酸鹽通過酸化反應，會生成雜聚金屬化物。 例如，磷鎢酸鹽離子（PW₁₂O₄₀^3-）由12個八面體的鎢陰離子圍繞中心磷酸基組成。

歷史

1826年，多酸第一次被發現，氨鹽基磷鉬酸鹽，包含PMo₁₂O₄₀^3-離子。此陰離子和在1934年發表的磷鎢酸鹽離子結構相似，它被稱為Keggin結構（Keggin Structure）。在Keggin結構被發現後，其他重要結構也被發現，如Well-Dawson結構，並且判斷了它們作為催化劑的化學性質和用途。

結構

一些特定的POM結構再次被研究。 例如Keggin離子通常出現在中心為雜原子的鉬酸鹽或者鎢酸鹽上，和其他重要的多酸結構。 Lindqvist離子結構為同多酸（或者叫同多陰離子isopolyanions），因為只有一個過渡金屬元素與它的構造有關。其他結構為雜多酸（或者叫雜多陰離子heteropolyanions），因為它包括兩個或以上金屬原子。Keggin和Daswon結構包含四面體協調的雜原子，比如P或者Si，而Anderson結構擁有八面體中心的原子，如鋁原子。
雜多化合物包括輪形藍色的鉬離子和球形的kepleraatet結構。 許多雜交無機物和有機物的物質以POM為中心，因此，近期有許多關於POM在磁力學和光學方向的潛在用途的研究，和他們在抗腫瘤和抗病毒方面對於醫療方面應用的研究。

多酸的應用

• 催化領域：由於其獨特的結構，多酸同時具有酸性和氧化性，可用於酸催化反應和氧化還原催化反應等。根據假液相模型，多酸中的空隙又能夠吸附底物和溶劑，為催化反應提供了反應場所。通過反應場進行分子識別，有助於提高催化反應的活性和選擇性。目前，多酸可用於催化不飽和烴的水合反應、酯分解反應、烷基化與脫烷基化反應、環氧化物開環反應、醇醛縮合和醚化反應等。
• 藥物化學領域：多酸可用於抗病毒、抗癌等藥物的合成。
• 功能材料領域：多酸可用於納米材料，非線性光學材料，固體導電材料和磁性材料的製備。

擴展閱讀

• D. L. Long, E. Burkholder, and L. Cronin. Polyoxometalate clusters, nanostructures and materials: From self assembly to designer materials and devices (PDF). Chem. Soc. Rev. 2007, 36: 105–121. doi:10.1039/b502666k （英語）.
• M.T. Pope. Heteropoly and Isopoly Oxometalates. New York: Springer Verlag. 1983 （英語）.
• M.T. Pope, A. Müller. Polyoxometalate Chemistry: An Old Field with New Dimensions in Several Disciplines. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1991, 30: 34 （英語）.
• Special volume on "Polyoxometalates". Chem.Rev. 1998, 98: 1 （英語）.