Questão
Durante o metabolismo de alguns alimentos como a carne, feijão e marisco, organismo produz ácido úrico. Normalmente, o ácido úrico é filtrado nos rins e segue para a bexiga, de onde é excretado pela urina. Em alguns casos, por uma falha nessa filtragem ou por um excesso de produção, os rins não conseguem eliminar todo o ácido úrico. Então, parte desse ácido volta para a circulação, permanecendo no sangue. Quando em excesso no sangue, o ácido úrico cristaliza e esses cristais depositam-se nas articulações, nos tendões e nos tecidos envolventes, provocando uma doença chamada de “gota”.
b) Na molécula do ácido úrico, quais são os orbitais atômicos envolvidos nas ligações entre os átomos de carbono e nitrogênio? Quais orbitais envolvidos na ligação entre carbono-carbono?
Durante o metabolismo de alguns alimentos como a carne, feijão e marisco, organismo produz ácido úrico. Normalmente, o ácido úrico é filtrado nos rins e segue para a bexiga, de onde é excretado pela urina. Em alguns casos, por uma falha nessa filtragem ou por um excesso de produção, os rins não conseguem eliminar todo o ácido úrico. Então, parte desse ácido volta para a circulação, permanecendo no sangue. Quando em excesso no sangue, o ácido úrico cristaliza e esses cristais depositam-se nas articulações, nos tendões e nos tecidos envolventes, provocando uma doença chamada de “gota”.
Passo 1
O que o enunciado pede: na molécula do ácido úrico, responder quais orbitais atômicos estão envolvidos
- nas ligações entre átomos de carbono e nitrogênio (C–N);
- nas ligações entre átomos de carbono e carbono (C–C).
Informações relevantes dadas (peguei estes detalhes da imagem enviada):
- A molécula mostra um sistema heterocíclico fundido (dois anéis), com ligações simples e duplas conjugadas ao longo do anel.
- Existem grupos carbonila (C=O) ligados a carbonos do anel.
- Existem nitrogênios que levam hidrogênio (N–H) e outros nitrogênios sem H; todos estão no sistema conjugado do anel.
- As ligações do anel são essencialmente conjugadas/aromáticas (alternância de ligações com caráter π delocalizado).
Passo 2
Conceito básico que vamos usar: híbridos e orbitais que formam ligações
- Definição prática de hibridização (modo simples e de prova): o estado de hibridização de um átomo costuma ser dado pelo número de regiões de densidade eletrônica ao seu redor (ligações sigma + pares isolados). Esse número é chamado de “número estérico”.
- Regra rápida:
- Se o número estérico = 4 → átomo aproximadamente
. - Se o número estérico = 3 → átomo aproximadamente
. - Se o número estérico = 2 → átomo aproximadamente
. - Escrevo a fórmula usada:
.
- Se o número estérico = 4 → átomo aproximadamente
- Como as ligações são formadas:
- Uma ligação sigma (
) é formada pelo overlap (sobreposição) dos orbitais híbridos ou do orbital híbrido com um orbital (no caso de H). Ex.: – dá uma ligação . - Uma ligação pi (
) resulta do overlap lateral de orbitais não hibridizados (um em cada átomo) — aparece quando há uma dupla ligação ou quando há conjugação/aromaticidade.
- Uma ligação sigma (
- Conclusão prática: em sistemas aromáticos/conjugados como anéis com alternância de ligações, os carbonos e nitrogênios do anel costumam ser
: cada um usa três orbitais híbridos para formar as três ligações sigma, e mantém um orbital não hibridizado para formar os (delocalizados).
Passo 3
Aplicando a regra aos carbonos do anel (explicação passo a passo)
- Pegando um carbono típico do anel: ele está ligado a três átomos (dois vizinhos no anel e possivelmente a um oxigênio ou a um H), logo:
-
, e não há pares isolados no carbono. - Assim,
.
-
- Consequência prática para C–C:
- A ligação sigma entre dois carbonos do anel é formada pela sobreposição dos orbitais
de cada carbono: ou seja, – . - Se a ligação entre esses carbonos tem caráter duplo (C=C) ou parcial duplo devido à conjugação, existe além da
uma ligação formada pelo overlap dos orbitais não hibridizados: – .
- A ligação sigma entre dois carbonos do anel é formada pela sobreposição dos orbitais
Passo 4
Aplicando a regra aos carbonos carbonila (C=O) e ao oxigênio (passo a passo)
- Carbono carbonila:
- Está ligado a três regiões (um O, e dois outros átomos no anel) →
. - A ligação sigma C–O é
– (ou com grande componente do orbital híbrido de O). - A ligação
da carbonila é – (overlap lateral entre os p não hibridizados de C e O).
- Está ligado a três regiões (um O, e dois outros átomos no anel) →
- Oxigênio da carbonila:
- Tem dois pares isolados; costuma ser
(um par em orbital contribuindo à , outro par em um orbital híbrido).
- Tem dois pares isolados; costuma ser
Passo 5
Aplicando a regra aos nitrogênios do anel (passo a passo, com detalhe didático)
- Cada nitrogênio do anel:
- Os nitrogênios que aparecem ligados a um H (
) e a dois átomos do anel têm normalmente (N–H e N–C) e , logo número estérico = 3 → . - Nitrogênios que não têm H mas estão ligados a dois carbonos e participam da conjugação também têm número estérico 3 →
.
- Os nitrogênios que aparecem ligados a um H (
- Dois casos de nitrogênio em heterocíclicos (explicação conceitual importante):
- “Nitrogênio do tipo piridina” tem seu par isolado em um orbital híbrido
(não participa diretamente do sistema ). - “Nitrogênio do tipo pirrol” tem o seu par isolado no orbital
(participando do sistema aromático).
- “Nitrogênio do tipo piridina” tem seu par isolado em um orbital híbrido
- Na molécula do ácido úrico os nitrogênios do anel estão, na prática,
e participam da rede de conjugação; portanto: - A ligação sigma C–N é fabricada pela sobreposição
– . - Se houver caráter de dupla ligação C=N, existe também uma componente
formada por – .
- A ligação sigma C–N é fabricada pela sobreposição
Passo 6
Resumo didático e um exemplo numérico simples para memorizar (como fazer na prova)
- Regra prática curta para a prova:
- Conta quantas ligações sigma + pares isolados → decide
ou . - Ligações sigma do anel aromático/conjugado: sempre entre orbitais híbridos
dos átomos envolvidos. - Ligações pi (quando houver dupla) são sempre entre orbitais
não hibridizados: – .
- Conta quantas ligações sigma + pares isolados → decide
- Exemplo rápido (fazer mentalmente na prova): um carbono com três ligações visíveis no anel →
→ sua ligação com N ou C é – ( ), e qualquer duplo caráter terá de – .
Passo 7
Resposta direta e clara para o enunciado (síntese técnica)
- Para as ligações C–N na estrutura do ácido úrico: as ligações sigma são formadas pela sobreposição de orbitais híbridos
do carbono com orbitais do nitrogênio; quando a ligação tem caráter duplo (C=N ou parcial), há uma componente resultante do overlap entre orbitais não hibridizados de C e N. - Para as ligações C–C na estrutura do ácido úrico: as ligações sigma são formadas pela sobreposição
– ; se houver caráter duplo (C=C ou parcial), a componente vem do overlap – .
Resposta
C–N:
; se houver dupla,
.
C–C: ; se houver dupla,
.
C–C: