¿La histidina está cargada positivamente y protonada a pH fisiológico porque la forma desprotonada es antiaromática y la forma protonada es aromática?

No. Primero, la histidina es básica a pH fisiológico debido al nitrógeno de aminas que es alfa al ácido carboxílico. Este nitrógeno no es parte del anillo de imidazol (parte aromática del ciclo de cinco miembros de la histidina). En segundo lugar, el primer protón que se elimina (desprotonado) es del ácido carboxílico, una vez más, no forma parte del sistema aromático.

Sin embargo, ignoremos el nitrógeno amínico y el ácido carboxílico y consideremos el nitrógeno en el anillo de cinco miembros que porta un protón. Hay un total de 6 electrones en el sistema aromático (los sistemas aromáticos tienen 2, 6, 10 … electrones, anti-aromáticos tienen 4, 8 … electrones), dos de cada doble enlace y un par adicional del nitrógeno que lleva el protón. Si se elimina este protón, ahora habrá un segundo par de nitrógeno solitario, aparentemente haciendo 8 electrones disponibles que es anti-aromático. Sin embargo, el par solitario formado por la desprotonación es ortogonal al sistema aromático y no aumenta la cantidad total de electrones en el sistema aromático.

La protonación de imidazol ocurre en el par solitario del nitrógeno que no porta un protón. Este par solitario también es ortogonal al sistema aromático, por lo que la cantidad de electrones en el sistema aromático es todavía 6 y, por lo tanto, es aromática. Sin embargo, como se muestra arriba, puede escribir la forma protonada de dos maneras (estructuras de resonancia) y esto se está estabilizando.

Otro comentario. Usted dice que el pKa debería ser ~ 6. Este es el caso del nitrógeno de imidazol que se protona. Sin embargo, el ácido al que se refiere este pKa es el de la forma protonada de modo que el proceso es Imid-H + = Imid + H +, es decir, el imidazol pierde un protón, sin ganar uno.