Γιατί ο μεταλλικός δεσμός αζώτου είναι ισχυρότερος από το οξυγόνο στη βιο-ανοργάνωση;
Παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή των δεσμών:
* Ηλεκτροργατιστικότητα: Το άζωτο είναι πιο ηλεκτροαρνητικό από το οξυγόνο. Αυτό σημαίνει ότι προσελκύει ηλεκτρόνια πιο έντονα, οδηγώντας σε έναν πιο πολωμένο δεσμό με μεγαλύτερο ιοντικό χαρακτήρα. Αυτή η ισχυρότερη ηλεκτροστατική έλξη συμβάλλει σε έναν ισχυρότερο δεσμό.
* Orbital αλληλεπικάλυψη: Τα τροχιακά που εμπλέκονται στη συγκόλληση διαδραματίζουν επίσης καθοριστικό ρόλο. Τα τροχιακά 2P του αζώτου έχουν συχνά καλύτερη αλληλεπικάλυψη με μεταλλικά d τροχιακά σε σύγκριση με τα τροχιακά 2P του οξυγόνου, με αποτέλεσμα την αποτελεσματικότερη συγκόλληση.
* στερεοχημικά εφέ: Το μέγεθος και το σχήμα των προσδεμάτων μπορούν να επηρεάσουν την αντοχή του δεσμού. Οι συνδετήρες που περιέχουν άζωτο τείνουν να είναι μικρότεροι από τους προσδέματα που περιέχουν οξυγόνο, επιτρέποντας στενότερη προσέγγιση στο μεταλλικό κέντρο και ενδεχομένως ισχυρότερες αλληλεπιδράσεις.
* Εφέ πεδίου προσδέματος: Σε σύμπλοκα συντονισμού, η διάταξη των προσδεμάτων γύρω από ένα μεταλλικό ιόν μπορεί να επηρεάσει τη δύναμη των μεμονωμένων δεσμών. Η θεωρία του πεδίου προσδέματος βοηθά στην εξήγηση αυτών των επιδράσεων και οι συνδετήρες που περιέχουν άζωτο συχνά παράγουν ισχυρότερα πεδία προσδέματος από τους προσδέματα που περιέχουν οξυγόνο.
Παραδείγματα:
* Αιμοσφαιρίνη: Στην αιμοσφαιρίνη, το άτομο σιδήρου στην ομάδα HEME συνδέεται έντονα με τα άτομα αζώτου στο δακτύλιο πορφυρίνης. Αυτός ο ισχυρός δεσμός είναι απαραίτητος για τη μεταφορά οξυγόνου.
* Cytochrome C Οξειδάση: Αυτό το ένζυμο χρησιμοποιεί ομάδες HEME που περιέχουν σίδηρο για τη μεταφορά ηλεκτρονίων. Οι ισχυροί δεσμοί μετάλλου-αζώτου στη δομή του αιμιού συμβάλλουν στη σταθερότητα και στην αποτελεσματική μεταφορά ηλεκτρονίων.
Σημαντικές εκτιμήσεις:
* Δεν είναι πάντα ισχυρότερο: Είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι η σχετική αντοχή των δεσμών μετάλλου-αζώτου και μετάλλου-οξυγόνου μπορεί να ποικίλει ανάλογα με το συγκεκριμένο μέταλλο, τον συνδέτη και το περιβάλλον.
* Άλλοι παράγοντες: Παράγοντες όπως η σειρά ομολόγων, η PI-Backbonding και ο αριθμός συντονισμού μπορούν επίσης να επηρεάσουν την αντοχή των δεσμών.
Συνοπτικά:
Ενώ δεν υπάρχει απόλυτος κανόνας ότι οι δεσμοί μετάλλου-αζώτου είναι πάντα ισχυρότεροι από τους δεσμούς μεταλλικού-οξυγόνου, διάφοροι παράγοντες τείνουν να ευνοούν τις ισχυρότερες αλληλεπιδράσεις μετάλλου-αζώτου σε βιολογικές ενώσεις. Η κατανόηση αυτών των παραγόντων είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της δομής, της αντιδραστικότητας και της βιολογικής λειτουργίας πολλών μορίων που περιέχουν μέταλλο στα ζωντανά συστήματα.
