La chimica è tutta una questione di elettroni. Il comportamento di atomi e molecole (la loro acidità, reattività, configurazione molecolare e così via) dipende in gran parte dalla distribuzione dei loro elettroni. In generale i chimici sono in grado di fare previsioni abbastanza accurate usando un insieme completo di regole che contengono la “logica chimica” derivata dalle proprietà elettroniche. Tuttavia, di tanto in tanto la realtà sfida questo ‘senso comune chimico’.

Un esempio sorprendente è stato appena pubblicato su Nature Communications dal ricercatore HIMS Dr Tiddo J. Mooibroek in collaborazione con scienziati delle Isole Baleari (Spagna). Essi sostengono che in certe circostanze gli anioni nitrati (NO3-) possono mostrare un’acidità di Lewis controintuitiva: gli anioni nitrati possono agire come accettori di elettroni mentre sono generalmente considerati come donatori di elettroni.

Nuova interpretazione dei dati

I ricercatori mostrano che gli anioni nitrati possono interagire favorevolmente con entità ricche di elettroni allo stato solido. Tuttavia, il loro ragionamento sembra valido anche per NO3- in soluzione. Poiché gli anioni di nitrato sono molto comuni in chimica e biologia, i ricercatori anticipano che i loro risultati possono servire come guida (retrospettiva) per interpretare i dati in cui gli anioni di nitrato sono coinvolti.

Gli esempi sono la formazione di nitrato orto (NO42-); casi in cui gli anioni NO3- possono essere un determinante strutturale (come nelle proteine 3EZH); o fenomeni di trasporto e riconoscimento che coinvolgono questo anione onnipresente.

Un sito acido di Lewis che emerge sull’atomo di azoto

Per mezzo di calcoli computazionali i ricercatori mostrano che quando la carica del nitrato è sufficientemente smorzata dalla risonanza su una zona più grande, un sito acido di Lewis emerge sull’atomo di azoto. I calcoli prevedono inoltre che in tali circostanze i partner ricchi di elettroni (ad esempio anioni o elettroni a coppia singola) interagiscono favorevolmente con il sito acido di Lewis.

Il supporto sperimentale di questa idea è stato trovato tramite indagini sulle strutture allo stato solido contenute nel Cambridge Structural Database (CSD) e nel Brookhaven Protein Data Bank (PDB). Questi studi hanno rivelato preferenze geometriche di alcune entità contenenti ossigeno e zolfo intorno a un anione nitrato che sono coerenti con un’interazione tra il sito acido di Lewis su N e l’O/S ricco di elettroni. I calcoli di esempi selezionati rivelano interazioni orbitali donatore-accettore che confermano la controintuitiva acidità di Lewis del nitrato.

Insieme unico di proprietà

Contemplando quali altri anioni potrebbero essere capaci di mostrare tale comportamento (usando altri atomi oltre all’idrogeno) i ricercatori sostengono che il nitrato ha effettivamente un insieme piuttosto unico di proprietà che lo distingue dagli altri anioni comuni in questo senso: NO3- è abbastanza polarizzato e ulteriormente polarizzabile, non così denso di carica, e il nitrato è piatto, rendendo il sito acido di Lewis stericamente accessibile.