Chemie je o elektronech. Chování atomů a molekul (jejich kyselost, reaktivita, molekulární konfigurace atd.) do značné míry závisí na rozložení jejich elektronů. Obecně jsou chemici schopni provádět poměrně přesné předpovědi pomocí rozsáhlého souboru pravidel obsahujících „chemické zdůvodnění“ odvozené z elektronických vlastností. Jednou za čas se však realita tomuto „chemickému zdravému rozumu“ vymyká.

Významný příklad právě publikoval v časopise Nature Communications výzkumník HIMS Dr. Tiddo J. Mooibroek ve spolupráci s vědci z Baleárských ostrovů (Španělsko). Tvrdí, že za určitých okolností mohou dusičnanové anionty (NO3-) vykazovat protisměrnou Lewisovu kyselost: dusičnanové anionty mohou působit jako akceptory elektronů, zatímco jsou obecně považovány za donory elektronů.

Nová interpretace dat

Výzkumníci ukazují, že dusičnanové anionty mohou v pevném stavu příznivě interagovat s elektronově bohatými entitami. Jejich úvahy se však zdají být platné i pro NO3- v roztoku. Vzhledem k tomu, že dusičnanové anionty jsou v chemii a biologii velmi časté, vědci předpokládají, že jejich zjištění mohou sloužit jako (retrospektivní) vodítko pro interpretaci dat, kde se dusičnanové anionty vyskytují.

Příkladem je tvorba ortho-dusičnanů (NO42-); případy, kdy NO3-anionty mohou být strukturním determinantem (např. v 3EZH proteinech); nebo transportní a rozpoznávací jevy zahrnující tento všudypřítomný aniont.

Na atomu dusíku vzniká Lewisovo kyselé místo

Pomocí výpočetních výpočtů vědci ukazují, že pokud je náboj dusičnanu dostatečně tlumen rezonancí na větší ploše, vzniká na atomu dusíku Lewisovo kyselé místo. Výpočty dále předpovídají, že za takových okolností partneři bohatí na elektrony (např. anionty nebo osamělé párové elektrony) příznivě interagují s Lewisovým kyselým místem.

Experimentální podpora této myšlenky byla nalezena průzkumem struktur v pevném stavu obsažených v Cambridge Structural Database (CSD) a Brookhaven Protein Data Bank (PDB). Tyto studie odhalily geometrické preference některých entit obsahujících kyslík a síru kolem dusičnanového aniontu, které jsou v souladu s interakcí mezi Lewisovým kyselým místem na N a elektronově bohatým O/S. Výpočty vybraných příkladů odhalily donor-akceptorové orbitální interakce, které potvrzují kontraintuitivní Lewisovu kyselost dusičnanů.

Jedinečný soubor vlastností

Při úvahách o tom, jaké další anionty by mohly být schopny vykazovat takové chování (s použitím jiných atomů než vodíku), vědci tvrdí, že dusičnany mají ve skutečnosti poměrně jedinečný soubor vlastností, který je v tomto ohledu odlišuje od ostatních běžných aniontů: NO3- je poměrně polarizovaný a dále polarizovatelný, nemá tak velký náboj a dusičnan je plochý, což činí Lewisovo kyselé místo stericky přístupným.