24.45 A histamina, cuja liberação no corpo provoca secreções nasais e constrição das vias respiratórias, possui três átomos de nitrogênio. Liste-os em ordem crescente de basicidade e explique a sua ordenação.
NH2NN
Histamina

Passo 1

O enunciado pede: listar os três átomos de nitrogênio da histamina em ordem crescente de basicidade e explicar por que essa ordem ocorre. O enunciado fornece a estrutura como SMILES: NCCc1cncn1 (histamina), ou seja, a molécula tem um grupo amina alifática na cadeia lateral e um anel imidazol com dois nitrogênios. Dados relevantes extraídos do enunciado:
  • Há três nitrogênios distintos: dois pertencentes ao anel imidazol e um na cadeia lateral (amina primária).
  • Precisa-se da ordem crescente de basicidade (do menos básico para o mais básico) e da justificativa.

Passo 2

Identificar e nomear os três nitrogênios para não nos perder. Vou usar nomes claros:
  • N_{\text{alif}}: o nitrogênio da amina primária alifática na cadeia lateral (–CH2–CH2–NH2).
  • N_{\text{pyridine}}: o nitrogênio do anel imidazol cuja dupla eletrônica está disponível para protonação (o “tipo piridina” no imidazol).
  • N_{\text{pyrrole}}: o nitrogênio do anel imidazol que está ligado a um hidrogénio (–NH–) e cujo par eletrônico participa do sistema aromático (o “tipo pirrol”).
Mapeamento textual na estrutura: o anel imidazol tem duas N; uma delas tem um H ligado (é o N_{\text{pyrrole}}) e a outra tem a lone pair disponível (é o N_{\text{pyridine}}). A cadeia lateral termina em N_{\text{alif}}.

Passo 3

Conceitos úteis (mini-aula): o que determina basicidade de um átomo de nitrogênio?
  • Basicidade é a tendência de um átomo doar seu par de elétrons para um protão (H+) — quanto mais “disponível” estiver o par, mais básico é o átomo.
  • Fatores que reduzem a disponibilidade do par: ressonância (delocalização do par no sistema π), aromatização que exige o par para manter a aromaticidade, hibridização (pares em orbitais sp2 geralmente menos disponíveis que em sp3), efeitos indutivos e estabilização do cátion formado (se a protonação gera um cátion que é bem estabilizado por ressonância, isso favorece a basicidade relativa).
  • Exemplos rápidos para fixar:
    • Piridina vs pirrol: piridina é básica (lone pair em sp2 perpendicular ao anel, disponível); pirrol não é básica (seu lone pair participa da aromaticidade e não está disponível).
    • Amina alifática (sp3) é geralmente mais básica que uma amina ligada a um anel aromático que delocaliza o par.

Passo 4

Aplicando os conceitos aos três N da histamina, um por um, com explicações detalhadas e sem pular etapas.
  1. N_{\text{pyrrole}} (N do imidazol ligado a H):
  • Seu par de elétrons faz parte do sistema π do anel imidazol e contribui para a aromaticidade (o anel imidazol tem 6 elétrons π contando esse par).
  • Protonar esse nitrogênio implicaria retirar o par da aromaticidade ou gerar uma situação muito desestabilizada; por isso esse par NÃO está disponível para aceitar H+ com facilidade.
  • Conclusão: N_{\text{pyrrole}} é muito pouco básico — praticamente não é protonado em condições neutras. É o menos básico dos três.
  1. N_{\text{pyridine}} (N do imidazol com lone pair disponível):
  • O lone pair deste nitrogênio está em um orbital sp2 que não participa do sexteto aromático (está perpendicular ao plano π), portanto está relativamente disponível para protonação.
  • Quando protonado forma o cátion imidazólio, cuja carga positiva é estabilizada por ressonância no anel — isto torna esse nitrogênio moderadamente básico.
  • Em histamina, a basicidade desse N é moderada; experimentalmente a constante de acidez da sua forma protonada (o pK_a da imidazólio) é menor que a da amina alifática (ver passo seguinte para valores). Portanto, N_{\text{pyridine}} é mais básico que N_{\text{pyrrole}}, mas menos básico que a amina alifática.
  1. N_{\text{alif}} (amina primária alifática):
  • É um nitrogênio sp3 cujo par não está conjugado com nenhum sistema π; não sofre delocalização que diminua sua disponibilidade.
  • A protonação gera um íon amônio primário ( -NH3+), que é estabilizado por solvatacão e não perde aromaticidade alguma (nada para “quebrar”).
  • Em geral aminas alifáticas são relativamente mais básicas que nitrogênios aromáticos do tipo piridina.
  • Conclusão: N_{\text{alif}} é o mais básico entre os três.

Passo 5

Dar números (para fortalecer a intuição) — constantes experimentais conhecidas para histamina:
  • pK_a do grupo amina alifática (conjugado ácido \Rightarrow -NH3+): aproximadamente \,pK_a \approx 9{,}8.
  • pK_a do anel imidazólico (protonação no N_{\text{pyridine}}): aproximadamente \,pK_a \approx 6{,}0.
  • O N_{\text{pyrrole}} praticamente não se protona em condições normais (sua basicidade é muito baixa; não há um pK_a relevante em faixa neutra), portanto é o menos básico.
    Esses valores confirmam a ordem qualitativa obtida pelas razões estruturais acima: o grupo amina alifática é muito mais básico que o nitrogênio do imidazol protonável, e o nitrogênio pirrolídico do anel é o menos básico.

Passo 6

Resumo da justificativa em uma frase prática (útil para prova): comparar disponibilidade do par eletrônico (sp3 livre > sp2 livre > par participando da aromaticidade), verificar se a protonação preserva ou destrói aromaticidade e observar se o cátion formado é ressonante/estabilizado. Aplicando isso à histamina obtém-se a ordem final abaixo.

Resposta

N_{\text{pyrrole}} < N_{\text{pyridine}} < N_{\text{alif}}

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