Kemiassa on kyse elektroneista. Atomien ja molekyylien käyttäytyminen (niiden happamuus, reaktiivisuus, molekyylikonfiguraatio ja niin edelleen) riippuu suurelta osin niiden elektronien jakautumisesta. Yleensä kemistit pystyvät tekemään melko tarkkoja ennusteita käyttämällä kattavaa sääntöjoukkoa, joka sisältää elektronien ominaisuuksista johdetun ”kemiallisen järjen”. Toisinaan todellisuus kuitenkin uhmaa tätä ”kemiallista maalaisjärkeä”.

Hämmästyttävä esimerkki on juuri julkaistu Nature Communications -lehdessä, jonka HIMS:n tutkija tohtori Tiddo J. Mooibroek on julkaissut yhteistyössä Baleaarien (Espanja) tutkijoiden kanssa. He väittävät, että tietyissä olosuhteissa nitraattianionit (NO3-) voivat osoittaa päinvastaista Lewisin happamuutta: nitraattianionit voivat toimia elektronien akseptoreina, vaikka niitä yleensä pidetään elektronien luovuttajina.

Uusi tulkinta aineistosta

Tutkijat osoittavat, että nitraattianionit voivat vuorovaikuttaa suotuisasti elektronirikkaiden entiteettien kanssa kiinteässä tilassa. Heidän päättelynsä näyttää kuitenkin pätevän myös NO3-:lle liuoksessa. Koska nitraattianionit ovat hyvin yleisiä kemiassa ja biologiassa, tutkijat odottavat, että heidän havaintonsa voivat toimia (retrospektiivisenä) oppaana tulkittaessa dataa, jossa nitraattianionit ovat mukana.

Esimerkkeinä voidaan mainita ortonitraatin (NO42-) muodostuminen; tapaukset, joissa NO3-anionit voivat olla rakenteellisesti määrääviä tekijöitä (kuten 3EZH-proteiineissa); tai kuljetus- ja tunnistusilmiöt, joissa on osallisena tämä kaikkialle levinnyt anioni.

Typpiatomille syntyy Lewis-hapan paikka

Tutkijat osoittavat laskennallisten laskelmien avulla, että kun nitraatin varausta vaimennetaan riittävästi resonoimalla suuremmalla alueella, typpiatomille syntyy Lewis-hapan paikka. Laskelmat ennustavat lisäksi, että tällaisissa olosuhteissa elektronirikkaat kumppanit (esim. anionit tai yksikköparielektronit) vuorovaikuttavat suotuisasti Lewisin happaman kohdan kanssa.

Experimentaalista tukea tälle ajatukselle löydettiin tutkimalla Cambridgen rakennetietokannassa (Cambridge Structural Database, CSD) ja Brookhavenin proteiinidatapankissa (Brookhaven Protein Data Bank, PDB) olevia kiinteän tilan rakenteita. Nämä tutkimukset paljastivat joidenkin happea ja rikkiä sisältävien kokonaisuuksien geometriset mieltymykset nitraattianionin ympärillä, jotka ovat johdonmukaisia N:n Lewisin happokohdan ja elektronirikkaan O/S:n välisen vuorovaikutuksen kanssa. Valittujen esimerkkien laskennat paljastavat luovuttaja-akseptori-orbitaalien vuorovaikutuksia, jotka vahvistavat nitraatin intuition vastaisen Lewisin happamuuden.

Ominaisuuksien ainutlaatuinen joukko

Pohdittaessa sitä, mitkä muut anionit saattaisivat pystyä osoittamaan tällaista käyttäytymistä (käyttämällä muita atomeja kuin vetyä) tutkijat väittävät, että nitraatilla on itse asiassa melko ainutlaatuinen joukko ominaisuuksia, jotka erottavat sen muista tavallisista anioneista tässä suhteessa: NO3- on melko polarisoitunut ja edelleen polarisoituva, ei niin varaustiheä, ja nitraatti on litteä, mikä tekee Lewisin happokohdan steriilisti saavutettavaksi.