Las macromoléculas son moléculas que tienen una masa molecular elevada, formadas por un gran número de átomos. Generalmente se pueden describir como la repetición de una o unas pocas unidades mínimas o monómeros, formando los polímeros.
A menudo el término macromolécula se refiere a las moléculas que pesan más de 10.000 dalton de masa atómica. Pueden ser tanto orgánicas como inorgánicas, y algunas de gran relevancia se encuentran en el campo de la bioquímica, al estudiar las biomoléculas. Dentro de las moléculas orgánicas sintéticas se encuentran los plásticos. Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por las repeticiones de una o más unidades simples llamados "monómeros" unidos entre sí mediante enlaces covalentes.
Son moléculas muy grandes, con una masa molecular que puede alcanzar millones de UMAs que se obtienen por la repeticiones de una o más unidades simples llamadas “monómeros” unidas entre sí mediante enlaces covalentes.
Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas.
Se pueden clasificar según diversos criterios:
Según su origen.
· Naturales: Caucho, polisacáridos (celulosa, almidón), proteínas, ácidos nucléicos…
· Artificiales: Plásticos, fibras textiles sintéticas, poliuretano, baquelita…
Según su composición:
· Homopolímeros: Un sólo monómero
· Copolímeros: Dos o más monómeros
Según su estructura:
· Lineales: Los monómeros se unen por dos sitios (cabeza y cola)
· Ramificados: Si algún monómero se puede unir por tres o más sitios.
Por su comportamiento ante el calor:
· Termoplásticos: Se reblandecen al calentar y recuperan sus propiedades al enfriar. Se moldean en caliente de forma repetida.
· Termoestables: Una vez moldeados en caliente, quedan rígidos al ser enfriados por formar nuevos enlaces y no pueden volver a ser moldeados.
Una clasificación más general podría ser la del siguiente organigrama:
Las fibras pueden tejerse en hilos finos y los elastómeros poseen gran elasticidad por lo que pueden estirarse varias veces su longitud. Un elastómero pero de origen natural sería el caucho.
Se produce por la polimerización de dos o más monómeros. Pueden ser:
· Alternado.
· En bloque.
· Al azar.
· Ramificado o injertado.
Existen dos tipos fundamentales de polimerización:
· Adición.
· Condensación.
La masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero, pues al formarse la cadena los monómeros se unen sin perder ningún átomo.
Suelen seguir un mecanismo en tres fases, con ruptura hemolítica:
· Iniciación: CH2=CHCl + catalizador Þ ·CH2–CHCl·
· Propagación o crecimiento: 2 ·CH2–CHCl· Þ ·CH2–CHCl–CH2–CHCl·
· Terminación: Los radicales libres de los extremos se unen a impurezas o bien se unen dos cadenas con un terminal neutralizado.
En el cuadro siguiente vemos algunos de los polímeros de adición más importantes, sus principales aplicaciones, así como los monómeros de los que proceden. Nótese que los polímeros basan su nomenclatura en el nombre comercial de los monómeros.
Si tienes Quicktime puedes ver un videoclip de una reacción de adición en: 
MONÓMERO POLÍMERO USOS PRINCIPALES
CH2=CH2 –CH2–CH2–CH2–CH2– Bolsas, botellas, juguetes...
eteno (etileno) polietileno
CH2=CH–CH3 –CH2–CH–CH2–CH– Películas, útiles de cocina,
| | aislante eléctrico...
CH3 CH3
propeno (propileno) polipropileno
CH2=CHCl –CH2–CHCl–CH2–CHCl– Ventanas, sillas, aislantes.
cloroeteno (cloruro de vinilo) policloruro de vinilo
CH2=CH –CH2–CH–CH2–CH– Juguetes, embalajes
aislante térmico y acústico.
fenileteno (estireno) poliestireno
CF2=CF2 –CF2–CF2–CF2–CF2– Antiadherente, aislante...
tetraflúoreteno PTFE (teflón)
CH2=CCl–CH=CH2 –CH2–CCl=CH–CH2– Aislante térmico, neumáticos
2-clorobutadieno cloropreno o neopreno
CH2=CH–CN –CH2–CH–CH2–CH– Tapicerías, alfombras, tejidos
propenonitrilo | |
(acrilonitrilo) CN CN poliacrilonitrilo
CH3 CH3 CH3
| | | Muebles, lentes y equipos
CH2=C–COOCH3 –CH2–C—CH2—C— ópticos
metil-propenoato de metilo | |
(metacrilato de metilo) COOCH3 COOCH3 PMM (plexiglás)
Ejemplo:
Una muestra de polibutadieno tiene una masa molecular media aproximada de 10000 UMAs ¿Cuántas unidades de monómero habrá en la muestra?
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Geometría en la polimerización. (Ë)
Polimerización cis–trans (Ë)
La polimerización isotáctica y y sindiotáctica se consigue con el uso de estereocata
lizadores, tales como el TiCl4.
Polimerización por Condensación.
En cada unión de dos monómeros se pierde una molécula pequeña, por ejemplo agua. Por tanto, la masa molecular del polímero no es un múltiplo exacto de la masa molecular del monómero. Los principales polímeros de condensación son:
· Homopolímeros:
ü Polietilenglicol
ü Siliconas
· Copolímeros:
ü Baquelitas.
ü Poliésteres.
ü Poliamidas.
Polietilenglicol.
Suele producirse por la pérdida de una molécula de agua entre 2 grupos (OH) formándose puentes de oxígeno:
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Proceden de monómeros del tipo R2Si(OH)2
Se utiliza para sellar juntas debido a su carácter hidrofóbico.
Se obtiene por copolimerización entre el fenol y el metanal (formaldehído). Se forman cadenas que se unen entre sí debido al grupo hidroximetil en posición “para”.
Se utiliza como cubierta en diferentes electrodomésticos, como televisores...
Se producen por sucesivas reacciones de esterificación (alcohol y ácido).
Forman tejidos, de los cuales el más conocido es el “tergal” formado por ácido tereftálico (ácido p-benceno-dicarboxilico) y el etilenglicol (etanodiol):
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Se producen por sucesivas reacciones entre el grupo ácido y el amino con formación de amidas.
Forman fibras muy resistentes. La poliamida más conocida es el nailon 6,6 formado por la copolimerización del ácido adípico (ácido hexanodioico) y la 1,6-hexanodiamina:
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Ejemplo (Selectividad. Madrid Junio 1994).
La siguientes reacciones son las de obtención de los polímeros: poliéster, neopreno y polietileno. a) Identifique a cada uno de ellos. b) Justifique si son polímeros de adición o de condensación;. c) Nombre cada uno de los grupos funcionales que aparecen en sus moléculas. d) ¿Dependen las propiedades de la longitud de la cadena? ¿Y del grado de entrecruzamiento?
I. ...CH2=CH2 + CH2=CH2... ® –CH2–CH2–CH2–CH2–
a) I = Polietileno, II = poliéster, III = neopreno
b) El polietileno y el neopreno son polímeros de adición pues la masa molecular del polímero es un múltiplo exacto de la de los correspondientes monómeros, mientras que el nailon es de condensación pues se elimina en cada unión una molécula de agua.
c) = (doble enlace) Þ alqueno; –OH Þ hidroxilo (alcohol);–COOH Þ ácido carboxílico; –Cl Þ haluro (cloruro); –COOR (éster); –C6H5 Þ fenilo
d) El grado de entrecruzamiento influye mucho más que la longitud de la cadena en las propiedades pues crea estructura tridimensional con multitud de nuevos enlaces que le dan consistencia al polímero.
Ejercicio A (Selectividad. Madrid Junio 1997).
Dadas las siguientes estructuras poliméricas: policloruro de vinilo; teflón (tetrafluoretileno); cloropreno (neopreno); silicona y poliéster: I) (–CH2–CHCl–)n; II) (–CH2–CCl=CH–CH2–)n; III) (R–OOC–R–COO–)n; IV) (–SiR2–O–)n ; V) (–CF2–CF2–)n a) Asocie cada una de ellas con su nombre y escriba cuales son polímeros elastómeros y cuales termoplásticos. b) Enumerar, al menos un uso domestico o industrial de cada una de ellas. c) Señale al menos dos polímeros cuyo mecanismo de polimerización sea por adición. Ö
· Caucho.
· Polisacáridos.
ü Almidón.
ü Celulosa.
ü Glucógeno.
· Proteínas.
· Ácidos nucleicos.
Polisacáridos.
Se forman por la condensación de la glucosa en sus dos estados ciclados a y b.
Si se condensa la “a-glucosa” se produce el disacárido maltosa y si se continúa la polimerización se produce el almidón. Si se condensa la "b-glucosa” se produce la celulosa. Las estructuras tridimensionales están en: 
http://www.ehu.es/biomoleculas/HC/SUGAR34.htm.
Polipéptidos y proteínas.
Se producen por la condensación de los aminoácidos formando dos tipos de estructuras: una espiral llamada “a hélice” y otra plana denominada “estructura b”.
Imágenes tomadas de: (http://fai.unne.edu.ar/biologia/macromoleculas/structup.htm)
Polinucleóti
dos y ácidos nucleicos.
Se producen por la condensación de nucleótidos formados éstos a su vez por la condensación de ácido fosfórico, un monosacárido (ribosa o desoxirribosa) y una base nitrogenada (citosina, guanina, adenina, timina o uracilo).
El ADN se forma por la unión de dos cadenas de desoxirribonucleótidos unidas por los puentes de hidrógeno que forman las distintas bases: adenina con timina y guanina con citosina. Con ello se forma una estructura de doble hélice en donde las bases nitrogenadas forman los peldaños de la misma.
MACROMOLECULAS NATURALES
Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. El nombre proteína proviene de la palabra griega πρώτα ("prota"), que significa "lo primero" o del dios Proteo, por la cantidad de formas que pueden tomar.
Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las biomoléculas más versátiles y más diversas. Son imprescindibles para el crecimiento del organismo. Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan:
- Estructural (colágeno y queratina)
- Reguladora (insulina y hormona del crecimiento),
- Transportadora (hemoglobina),
- Defensiva (anticuerpos),
- enzimática (sacarasa y pepsina),
- Contráctil (actina y miosina).
Las proteínas están formadas por aminoácidos. Las proteínas de todo ser vivo están determinadas mayoritariamente por su genética (con excepción de algunos péptidos antimicrobianos de síntesis no ribosomal), es decir, la información genética determina en gran medida qué proteínas tiene una célula, un tejido y un organismo.
Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se encuentren regulados los genes que las codifican. Por lo tanto, son susceptibles a señales o factores externos. El conjunto de las proteínas expresadas en una circunstancia determinada es denominado proteoma.
CARACTERISTICAS
Los prótidos o proteínas son biopolímeros, es decir, están constituidas por gran número de unidades estructurales simples repetitivas (monómeros). Debido a su gran tamaño, cuando estas moléculas se dispersan en un disolvente adecuado, forman siempre dispersiones coloidales, con características que las diferencian de las disoluciones de moléculas más pequeñas.
Por hidrólisis, las moléculas de proteína se escinden en numerosos compuestos relativamente simples, de masa molecular pequeña, que son las unidades fundamentales constituyentes de la macromolécula. Estas unidades son los aminoácidos, de los cuales existen veinte especies diferentes y que se unen entre sí mediante enlaces peptídicos. Cientos y miles de estos aminoácidos pueden participar en la formación de la gran molécula polimérica de una proteína.
La síntesis proteica es un proceso complejo cumplido por las células según las directrices de la información suministrada por los genes.
Las proteínas son largas cadenas de aminoácidos unidas por enlaces peptídicos entre el grupo carboxilo (-COOH) y el grupo amino (-NH2) de residuos de aminoácido adyacentes. La secuencia de aminoácidos en una proteína está codificada en su gen (una porción de ADN) mediante el código genético. Aunque este código genético especifica los 20 aminoácidos "estándar" más la selenocisteína y —en ciertos Archaea— la pirrolisina, los residuos en una proteína sufren a veces modificaciones químicas en la modificación postraduccional: antes de que la proteína sea funcional en la célula, o como parte de mecanismos de control. Las proteínas también pueden trabajar juntas para cumplir una función particular, a menudo asociándose para formar complejos proteicos estables.
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