多酸的七种经典结构:伴随科技的发展和合成手段的进步,多金属氧酸盐种类越来越繁杂,他们的数量非常可观,一直不断有新的金属-氧簇结构被合成并发表出来。多酸一共有六种常见结构:Waugh型、Silverton型、最常见的Keggin型(通式为[XW12O40]n- (X=P,Si, Ge,As…))、Anderson、也比较常见的Dawson型、和Lindquist型结构[13-16],如图1。
图1 七种典型的多酸类型
被称作杂多酸是前五种结构,因为结构中镶嵌了杂原子,后一种结构中是因为不具备杂原子,故称作同多酸。图中给出的第七种Strangeberd结构[17],是后续过程中发现的一种基本的金属-氧簇结构。
1934年,英国化学家J。F。Keggin通过X-射线粉末衍射技术,初次发表了震撼世界的12磷钨酸结构,也就是α-型Keggin结构,此结构在多酸的历史上具有划时代的意义。后来发现的呈C3v对称的β-型Keggin结构可看成是将α-型自由旋转其中的一个三金属簇,旋转角是60°,β-型与α-型看成是互成异构体的。呈C2v的γ-型、呈C3v对称的δ-型和呈Td对称的ε-型Keggin结构都是在后来的研究历史中发现的α-型Keggin结构的异构体,分别是将α-型Keggin结构中的两个、三个或四个三金属簇同时扭转60°,如图2。
图2 五种饱和Keggin结构
早在二十世纪中期,Dawson在一次偶然中测出了K6[P2W18O62] •14H2O的分子结构,如图3,后人为纪念他称该系列金属-氧簇为Dawson结构化合物(多阴离子的结构可以用[X2M18]n- (X = P, Si, As, etc; M = Mo, W)通式来表示[16])。论文网
杂多阴离子也是拥有α、β两种异构体,由于α-型较β-型稳定,晶体结构中以α-型存在的结构最为常见。
图3 饱和Dawson结构
1。3锌嵌入取代型的钨-氧簇
在水溶液里,有几种元素是合成金属-氧簇合物的重要元素如Mo(VI),W(VI)和V(V),能形成金属-氧簇合物的还有四价Ti、V、Ga、Mo和W,五价的有Nb,Ta,六价的Te,Re和七价的Te、Re、Rh和Os,但都不如V、Mo和W常见。
与钼、钒-氧簇相似,钨同样可以形成钨-氧簇和混合钨-氧簇合物。有实验证实了此类簇合物在选择性氧化、相转移、催化和药物等方面都有不可估量的大好前景。在我们已经明确结构的钨-氧簇中,其主要结构有[W6O19]n-,Dawson和Keggin三种。其中最经典的钨-氧簇H3PW12O40·5H2O就是Keggin结构的。
而在过渡金属嵌入取代的钨-氧簇合物中,人们对锌嵌入取代的钨-氧簇的研究较少,高核锌簇相对于其他过渡金属来说更加鲜有。目前已经发表的锌嵌入取代的钨-氧簇大多是四核簇和六核簇。如三明治型环状六核锌簇,于2009年在南京师范大学发表的[Zn6(imi)6(B-α-H3AsW9O33)2]·2H2O(如图4)和接下来 2011年河南大学发表的[Zn(Hen)]6[B-α-AsW9O33]2·6H2O(如图5),两个簇合物都是三明治型环状簇,而且全是六核锌簇。除此以上谈及的,还有某些锌和其他金属一起杂化取代的非同类金属缺位型钨-氧簇合物也被合成出来,如二十世纪初被发现的六核簇Na10[X2W18Zn3O66(H2O)3]n·H2O(X=As,Sb)(如图6)就是由锌原子和钠原子共同组成的,于第二年发表的簇合物Na6(NH4)4[Zn2(H2O)6(WO2)2- (SbW9O33)2]·36H2O(如图7)也是锌以六配位取代的形式,与钠原子共同构成了三明治型非同类金属嵌入取代的缺位钨-氧簇合物。在2010年的时候某国外期刊上发表一种比较罕见的含有两种配位模式的锌取代钨-氧簇TBA8[{Zn(OH2)(µ3-OH)} {Zn(OH2)2}2 {γ-HSiW10O36}2]·9H2O,如图8。