O composto heterocíclico purina ocorre naturalmente na estrutura do DNA.
NNNHN

a) Em quais tipos de orbitais estão os pares de elétronsnão ligantes dos átomos de nitrogênio?
b) Quantos elétrons \pi a purina possui?
c) Porquê a purina é aromática?

Passo 1

O enunciado apresenta a purina, um heterociclo bicíclico presente no DNA, e pede três coisas:
  • a) em que orbitais estão os pares não ligantes dos nitrogênios,
  • b) quantos elétrons \pi= pi ela possui,
  • c) por que ela é aromática.
    Para resolver vamos usar conceitos de hibridação (s p^{2} vs p), contagem de elétrons π em sistemas conjugados e a regra de Hückel 4n+2.

Passo 2

Na purina há quatro átomos de nitrogênio: dois na “porção pirimídica” (análogo à piridina) e dois na “porção imidazólica” (análogo ao imidazol).
• Os dois nitrogênios da porção pirimídica são do tipo piridina: cada um é sp^2 e tem um par livre também em orbital sp^2, esse par fica no plano do anel e não participa da conjugação π.
• Na porção imidazólica, um dos N é do tipo piridina (par em sp^2) e o outro é do tipo pirrol (aquele que carrega o H, [nH] no SMILES). O par livre do nitrogênio pirrol está num orbital p perpendicular ao plano do anel e participa da conjugação π.

Passo 3

Para contar os elétrons π da purina, somamos:
  1. Dois elétrons para cada dupla ligação. Na porção pirimídica há duas duplas ( 2\times2=4 elétrons) e na imidazólica também há duas duplas ( 2\times2=4 elétrons).
  2. Além disso, o par livre do nitrogênio pirrol contribui com mais 2 elétrons π.
    Logo o total é
4 \;(\text{duplas na pirimídica}) +4 \;(\text{duplas na imidazólica}) +2 \;(\text{par do N-pirrol}) =10\;\text{elétrons \pi}.íóé

Passo 4

A purina é aromática porque:
  1. É cíclica e planar, permitindo sobreposição contínua de orbitais p.
  2. Tem um sistema conjugado (todas as ligações e pares em orbital p formam um circuito fechado).
  3. Possui 10 elétrons π, que satisfazem a regra de Hückel 4n+2 com n=2. Isso garante estabilização aromática.

Resposta

a) Os pares livres dos N do tipo piridina estão em orbitais sp^2; o par livre do N do tipo pirrol está em orbital p.
b) A purina possui 10 elétrons π.
c) Porque é um anel bicíclico planar, totalmente conjugado, com 4n+2 (aqui 10) elétrons π, obedecendo à regra de Hückel e garantindo aromatidade.

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