Chemia jest wszystko o elektronach. Zachowanie atomów i cząsteczek (ich kwasowość, reaktywność, konfiguracja molekularna i tak dalej) zależy w dużej mierze od rozmieszczenia ich elektronów. Ogólnie rzecz biorąc chemicy są w stanie dokonać dość dokładnych przewidywań przy użyciu obszernego zestawu reguł zawierających „chemiczne przesłanki” pochodzące z właściwości elektronowych. Jednak raz na jakiś czas rzeczywistość przeczy temu „chemicznemu zdrowemu rozsądkowi”.

Uderzający przykład został właśnie opublikowany w Nature Communications przez badacza HIMS dr Tiddo J. Mooibroek we współpracy z naukowcami z Balearów (Hiszpania). Twierdzą oni, że w pewnych okolicznościach aniony azotanowe (NO3-) mogą wykazywać sprzeczną z intuicją kwasowość Lewisa: aniony azotanowe mogą działać jako akceptory elektronów, podczas gdy ogólnie uważa się je za donory elektronów.

Nowa interpretacja danych

Badacze wykazują, że aniony azotanowe mogą korzystnie oddziaływać z jednostkami bogatymi w elektrony w stanie stałym. Jednakże, ich rozumowanie wydaje się być ważne dla NO3- w roztworze, jak również. Ponieważ aniony azotanowe są bardzo powszechne w chemii i biologii, badacze przewidują, że ich ustalenia mogą służyć jako (retrospektywny) przewodnik do interpretacji danych, gdzie aniony azotanowe są zaangażowane.

Przykłady są orto azotanowe (NO42-) tworzenie; przypadki, w których NO3-aniony mogą być strukturalne determinanty (takie jak w białkach 3EZH); lub transportu i rozpoznawania zjawisk z udziałem tego wszechobecnego anionu.

Kwasowe miejsce Lewisa pojawiające się na atomie azotu

Za pomocą obliczeń obliczeniowych badacze pokazują, że kiedy ładunek azotanu jest wystarczająco tłumiony przez rezonowanie na większym obszarze, na atomie azotu pojawia się kwasowe miejsce Lewisa. Obliczenia dalej przewidują, że w takich okolicznościach partnerzy bogaci w elektrony (np. aniony lub elektrony w samotnej parze) oddziałują korzystnie z kwasowym miejscem Lewisa.

Eksperymentalne wsparcie dla tej idei zostało znalezione przez badania struktur ciała stałego zawartych w Cambridge Structural Database (CSD) i Brookhaven Protein Data Bank (PDB). Badania te ujawniły preferencje geometryczne niektórych jednostek zawierających tlen i siarkę wokół anionu azotanowego, które są zgodne z oddziaływaniem pomiędzy kwasowym miejscem Lewisa na N i bogatym w elektrony O/S. Obliczenia wybranych przykładów ujawniają donorowo-akceptorowe interakcje orbitalne, które potwierdzają kontrintuicyjną kwasowość Lewisa azotanu.

Unikalny zestaw właściwości

Rozważając, jakie inne aniony mogą być zdolne do wykazywania takiego zachowania (używając innych atomów niż wodór), badacze twierdzą, że azotan faktycznie ma raczej unikalny zestaw właściwości, który odróżnia go od innych powszechnych anionów w tym względzie: NO3- jest dość spolaryzowany i dalej polaryzowalny, nie tak gęsty od ładunku, a azotan jest płaski, co czyni miejsce kwasowe Lewisa sterycznie dostępnym.

.