在雜多酸的形成過程中，除了磷元素以外，還有許多其他常見的雜原子可以參與其結構的建立。这些雜原子包括，但不限於：

1. **矽（Si）**：矽通常可以在雜多酸中形成以 SiO4 四面體為基礎的結構。
2. **鉛（Pb）**：鉛可以作為雜原子，形成不同的定義結構。
3. **氮（N）**：氮也可能參與形成某些多酸結構，例如含氮的多酸。
4. **硫（S）**：作為另一種雜原子，硫可以與金屬氧酸形成複雜的結構。

雜原子的存在對多酸的性質和應用有著重要的影響，具體表現在：

1. **改變酸性與穩定性**：不同的雜原子會影響多酸的酸性、穩定性以及它們的結構特征。例如，磷原子常被用來穩定多酸的框架結構，提升其耐熱性和化學穩定性。

2. **催化活性**：不同的雜原子可以調節多酸的催化活性。例如，雜原子的協調環境和電子層分布能夠影響物質的氧化還原性，增強催化反應的選擇性和效率。

3. **應用範疇的擴展**：雜原子為多酸的應用提供了廣泛的可能性。在藥物化學中，選擇合適的雜原子可以使多酸具備抗癌、抗病毒等生物活性。在材料科學中，不同的雜原子可用於調整材料的導電性或光學性質，拓展功能材料的開發。

總之，雜多酸的形成中，雜原子的多樣性使其在不同的領域擁有廣泛的應用潛力，提升了其化學性質和功能。
在雜多酸的形成過程中，除了磷元素以外，還有哪些常見的雜原子可以參與結構的建立？這些雜原子的存在對多酸的性質和應用有何影響？
**多酸**（英語：Polyoxometalate）是指多個金屬含氧酸分子，如鉬酸、釩酸等，通過脫水縮合成含氧酸簇狀化合物。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 VO43-, MoO42-, WO42-（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) O3-和 V (OH) O32-。 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 VO43- +8 H+ → V4O124- + 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（PW12O403-）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 PMo12O403-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：多酸可用於奈米材料，**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）.
**雜原子**是指有機化合物中，除了碳和氫以外的其他原子。一般指在分子骨架（特別是環系）中替換碳的原子。氮、氧、硫、磷、硼、氯、溴、碘等都是常見的雜原子。。若有機化合物中有包括雜原子的環，稱為雜環化合物。

在描述蛋白質結構時，特別在蛋白質資料庫中，雜原子的欄位（HETATM）是描述不屬於生物聚合物的一些小分子中的原子。

## 參考資料

## 參見

* 雜環化合物 ## 形成

d0 金屬的氧化物，如 V2O5, MoO3, WO3， 在鹼性的環境下回會生成 VO43-, MoO42-, WO42-（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) O3-和 V (OH) O32-。 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 VO43- +8 H+ → V4O124- + 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（PW12O403-）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 PMo12O403-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。 **多酸**（英語：Polyoxometalate）是指多個金屬含氧酸分子，如鉬酸、釩酸等，通過脫水縮合成含氧酸簇狀化合物。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。 **十一鎢釩磷酸**是一種雜多酸，化學式為 H4PW11VO40。它可以偏釩酸鈉、磷酸氫二鈉、鎢酸鈉和硫酸在水溶液中反應得到。它的酸性比相應的鈮或鉭（取代釩）的雜多酸強。它可被封裝進 _rht_-MOF-1 的空腔內用於燃料油的脫硫。

## 參考文獻

## 拓展閱讀

* Kozlenko, A. A.; Emmanuel, Tanor Baffoe; Polotebnova, N. A. Polarographic study of the properties of 11-tungstovanado(IV)​phosphoric acid complexes and their formation processes. _Zhurnal Neorganicheskoi Khimii_, 1992. 37 (11): 2524-2529.