Una macromolécula (o molécula de polímero ) es una molécula muy grande , que tiene una masa molecular relativamente alta. La noción de macromolécula fue introducida en 1922 por el químico alemán Hermann Staudinger . Una macromolécula formada por unidades químicas similares ensambladas por enlaces covalentes se puede describir como una molécula de polímero , un conjunto de tales moléculas es un polímero. Muchas proteínas también pueden considerarse macromoléculas.
Las macromoléculas orgánicas pueden ser el resultado de procesos biológicos (polímeros naturales) o pueden prepararse mediante reacciones químicas (polímeros sintéticos ).
Las macromoléculas naturales son orgánicas o de origen mineral . Se pueden citar polisacáridos ( celulosa , almidón, etc.), proteínas ( lana , seda, etc.), ácidos nucleicos , caucho natural, etc.
La importancia de los polímeros naturales es considerable. La naturaleza produce decenas de miles de millones de toneladas de celulosa cada año.
La estructura de las macromoléculas naturales tiene una complejidad que a menudo se debe a la presencia de un patrón repetitivo. Por ejemplo, una proteína es una secuencia de aminoácidos extraída de unos veinte diferentes. Por su parte, el ADN es una repetición de bases extraídas de cuatro nucleótidos. Estas variedades son la base de la variedad de proteínas en un caso y la posibilidad de codificación en el otro.
Los polisacáridos como la celulosa están formados por cadenas donde se reproduce el mismo patrón (glucosa). La variedad de estas macromoléculas proviene de la aleatoriedad de las ramas que presenta la cadena.
El caucho natural es uno de los únicos polímeros de origen natural que tiene una estructura en la que un patrón se vincula con la regularidad.
Los polímeros minerales naturales son de naturaleza muy diferente. Por ejemplo, los nanotubos de carbono pueden considerarse macromoléculas ya que los átomos de carbono que los constituyen están unidos por enlaces covalentes carbono-carbono. Como tales, no difieren de las macromoléculas orgánicas discutidas anteriormente.
Las propiedades de las macromoléculas naturales están ligadas a las categorías (proteína, ADN, etc.) a las que pertenecen. Por ejemplo, las proteínas realizan tres funciones: estructurante (fibra muscular), específica (transporte de oxígeno) o catálisis (enzima).
Se obtienen por modificación química de macromoléculas naturales, por ejemplo con el objetivo de mejorar determinadas propiedades, o por síntesis a partir de monómeros obtenidos de productos petroquímicos.
En esta familia se pueden citar los ésteres de celulosa como el acetato de celulosa o la nitrocelulosa .
Su variedad es particularmente importante.
En el caso de macromoléculas de origen sintético, las disposiciones moleculares resultan de la polimerización de moléculas monoméricas .
Una macromolécula (cadena de polímero) generalmente resulta del ensamblaje por enlaces covalentes de un gran número de unidades repetidas similares (en el caso de homopolímeros ) o diferentes ( copolímeros ).
Las macromoléculas de origen sintético se basan generalmente en el enlace covalente de un gran número de átomos de carbono que forman el esqueleto macromolecular . Sin embargo, se conocen polímeros sintéticos que comprenden heteroátomos catenarios tales como oxígeno (por ejemplo en poliéteres y poliésteres ) o nitrógeno (en el caso de poliamidas , poliuretanos, etc.).
También existen macromoléculas cuya columna vertebral no contiene átomos de carbono, como las siliconas que consisten en cadenas covalentes de átomos de silicio y oxígeno (-Si-O-).
Los nanotubos de carbono también son macromoléculas, al igual que el grafito , que consta de grandes láminas de átomos de carbono (macromoléculas dimensionales C 2D ).
Nanotubo de carbono
Estructura de grafito
En el caso del diamante , la estructura polimérica, que se extiende en las tres direcciones del espacio (macromolécula tridimensional C 3D ), tiene las mismas dimensiones que las del cristal .
Hay otras estructuras de polímeros inorgánicos, especialmente en la familia de los silicatos (ver artículo). Se puede mencionar la macromolécula tridimensional de dióxido de silicio cristalino , en la que los cuatro átomos de oxígeno O de un tetraedro SiO 4se comparten con otros tetraedros de SiO 4, lo que conduce a una unidad repetida de fórmula SiO 2.
Tetraedro de SiO 4
Sílice cristalizada (SiO 2 ) n (átomos de Si en gris y O en rojo)