A kémia az elektronokról szól. Az atomok és molekulák viselkedése (savasságuk, reakcióképességük, molekuláris konfigurációjuk stb.) nagyban függ az elektronjaik eloszlásától. A kémikusok általában elég pontos előrejelzéseket tudnak tenni egy átfogó szabályrendszer segítségével, amely tartalmazza az elektronok tulajdonságaiból levezetett “kémiai logikát”. Egyszer-egyszer azonban a valóság szembemegy ezzel a “kémiai józan ésszel”.

Egy frappáns példát most publikált a Nature Communications című folyóiratban Dr. Tiddo J. Mooibroek, a HIMS kutatója a Baleár-szigetek (Spanyolország) tudósaival együttműködve. Azt állítják, hogy bizonyos körülmények között a nitrát-anionok (NO3-) ellentétes Lewis-savasságot mutathatnak: a nitrát-anionok elektronakceptorként viselkedhetnek, miközben általában elektrondonornak tekintik őket.

Az adatok új értelmezése

A kutatók azt mutatják, hogy a nitrát-anionok szilárd állapotban kedvező kölcsönhatásba léphetnek elektronban gazdag egységekkel. Érvelésük azonban érvényesnek tűnik az oldatban lévő NO3-ra is. Mivel a nitrát-anionok nagyon gyakoriak a kémiában és a biológiában, a kutatók arra számítanak, hogy eredményeik (utólagos) útmutatóként szolgálhatnak olyan adatok értelmezéséhez, amelyekben nitrát-anionok szerepelnek.

Példák erre az orto-nitrát (NO42-) képződés; olyan esetek, amikor az NO3-anionok szerkezeti meghatározók lehetnek (például a 3EZH fehérjékben); vagy olyan transzport- és felismerési jelenségek, amelyekben ez a mindenütt jelenlévő anion szerepel.

A nitrogénatomon kialakuló Lewis-savas hely

A kutatók számítási számítások segítségével kimutatták, hogy ha a nitrát töltését nagyobb területen történő rezonálással kellően csillapítjuk, akkor a nitrogénatomon Lewis-savas hely alakul ki. A számítások továbbá azt is megjósolják, hogy ilyen körülmények között az elektronban gazdag partnerek (pl. anionok vagy egypáras elektronok) kedvező kölcsönhatásba lépnek a Lewis-savas hellyel.

A Cambridge Structural Database-ben (CSD) és a Brookhaven Protein Data Bankban (PDB) található szilárdtest-struktúrák áttekintésével kísérletileg is alátámasztották ezt az elképzelést. Ezek a vizsgálatok kimutatták néhány oxigén- és kéntartalmú entitás geometriai preferenciáit a nitrát-anion körül, amelyek összhangban vannak az N-en lévő Lewis-savas hely és az elektronban gazdag O/S közötti kölcsönhatással. A kiválasztott példák számításai olyan donor-akceptor orbitális kölcsönhatásokat mutatnak, amelyek megerősítik a nitrát ellenkező értelmű Lewis-savasságát.

Egyedi tulajdonságkészlet

A kutatók azt állítják, hogy a nitrát valójában egy meglehetősen egyedi tulajdonságkészlettel rendelkezik, amely e tekintetben megkülönbözteti a többi gyakori aniontól: Az NO3- meglehetősen polarizált és tovább polarizálható, nem annyira töltéssűrű, a nitrát pedig lapos, ami a Lewis-savas helyet sztérikusan hozzáférhetővé teszi.