La química tiene que ver con los electrones. El comportamiento de los átomos y las moléculas (su acidez, reactividad, configuración molecular, etc.) depende en gran medida de la distribución de sus electrones. En general, los químicos son capaces de hacer predicciones bastante precisas utilizando un amplio conjunto de reglas que contienen el «razonamiento químico» derivado de las propiedades electrónicas. Sin embargo, de vez en cuando la realidad desafía este ‘sentido común químico’.
Un ejemplo sorprendente acaba de ser publicado en Nature Communications por el investigador del HIMS Dr. Tiddo J. Mooibroek en colaboración con científicos de las Islas Baleares (España). Argumentan que, en determinadas circunstancias, los aniones de nitrato (NO3-) pueden mostrar una acidez de Lewis contraintuitiva: los aniones de nitrato pueden actuar como aceptores de electrones mientras que generalmente se les considera como donantes de electrones.
Nueva interpretación de los datos
Los investigadores muestran que los aniones de nitrato pueden interactuar favorablemente con entidades ricas en electrones en el estado sólido. Sin embargo, su razonamiento parece válido también para el NO3- en solución. Dado que los aniones nitrato son muy comunes en química y biología, los investigadores anticipan que sus hallazgos pueden servir de guía (retrospectiva) para interpretar los datos en los que intervienen los aniones nitrato.
Los ejemplos son la formación de ornitato (NO42-); los casos en los que los aniones NO3- pueden ser un determinante estructural (como en las proteínas 3EZH); o los fenómenos de transporte y reconocimiento en los que interviene este anión omnipresente.
Un sitio ácido de Lewis que emerge en el átomo de nitrógeno
Por medio de cálculos computacionales los investigadores muestran que cuando la carga del nitrato está suficientemente amortiguada al resonar sobre un área mayor, emerge un sitio ácido de Lewis en el átomo de nitrógeno. Los cálculos predicen además que, en tales circunstancias, los socios ricos en electrones (por ejemplo, aniones o electrones de par único) interactúan favorablemente con el sitio ácido de Lewis.
El apoyo experimental a esta idea se encontró mediante estudios de las estructuras de estado sólido contenidas en la Base de Datos Estructurales de Cambridge (CSD) y el Banco de Datos de Proteínas de Brookhaven (PDB). Estos estudios revelaron preferencias geométricas de algunas entidades que contienen oxígeno y azufre alrededor de un anión nitrato que son consistentes con una interacción entre el sitio ácido de Lewis en el N y el O/S rico en electrones. Los cálculos de los ejemplos seleccionados revelan interacciones orbitales donante-aceptante que confirman la acidez de Lewis contraintuitiva del nitrato.
Sistema único de propiedades
Contemplando qué otros aniones podrían ser capaces de mostrar tal comportamiento (utilizando otros átomos además del hidrógeno) los investigadores argumentan que el nitrato tiene en realidad un conjunto bastante único de propiedades que lo diferencia de otros aniones comunes en este sentido: El NO3- está bastante polarizado y es aún más polarizable, no es tan denso en carga, y el nitrato es plano, lo que hace que el sitio ácido de Lewis sea estéricamente accesible.