Makromolekuly (nebo polymerní molekula ) je velmi velká molekula , která má relativně vysokou molekulovou hmotnost . Pojem makromolekuly byla představena v roce 1922 podle německého chemika Hermann Staudinger . Makromolekula vytvořená z podobných chemických jednotek sestavených kovalentními vazbami může být popsána jako molekula polymeru , sada takových molekul je polymer. Mnoho proteinů lze také považovat za makromolekuly.
Organické makromolekuly mohou být výsledkem biologických procesů (přírodní polymery) nebo je lze připravit chemickými reakcemi ( syntetické polymery ).
Přírodní makromolekuly jsou organické nebo minerálního původu . Mohou být zmíněny polysacharidy ( celulóza , škrob atd.), Bílkoviny ( vlna , hedvábí atd.), Nukleové kyseliny , přírodní kaučuk atd.
Význam přírodních polymerů je značný. Příroda každý rok vyprodukuje desítky miliard tun celulózy.
Struktura přírodních makromolekul má složitost často kvůli přítomnosti opakujícího se vzoru. Například protein je sekvence aminokyselin získaná z přibližně dvaceti různých. DNA je opakováním bází odebraných ze čtyř nukleotidů. Tyto odrůdy jsou základem různých proteinů v jednom případě a možnosti kódování v druhém případě.
Polysacharidy, jako je celulóza, jsou tvořeny řetězci, kde je reprodukován stejný vzorec (glukóza). Odrůda těchto makromolekul pochází z náhodnosti větví, které řetězec představuje.
Přírodní kaučuk je jedním z mála polymerů přírodního původu, který má strukturu, kde je vzor spojen s pravidelností.
Přírodní minerální polymery se v přírodě velmi liší. Například uhlíkové nanotrubice lze považovat za makromolekuly, protože atomy uhlíku, které je tvoří, jsou spojeny kovalentními vazbami uhlík-uhlík. Proto se neliší od výše popsaných organických makromolekul.
Vlastnosti přírodních makromolekul jsou spojeny s kategoriemi (bílkoviny, DNA atd.), Do kterých patří. Například proteiny plní tři funkce: strukturování (svalové vlákno), specifické (transport kyslíku) nebo katalýzu (enzym).
Získávají se buď chemickou modifikací přírodních makromolekul, například za účelem zlepšení určitých vlastností, nebo syntézou z monomeru získaného z petrochemikálií.
V této rodině lze zmínit estery celulózy, jako je acetát celulózy nebo nitrocelulóza .
Jejich rozmanitost je obzvláště důležitá.
V případě makromolekul syntetického původu je molekulární uspořádání výsledkem polymerace molekul monomeru .
Makromolekula (polymerní řetězec) obecně vzniká spojením kovalentními vazbami velkého počtu podobných opakujících se jednotek (v případě homopolymerů ) nebo různých ( kopolymerů ).
Tyto makromolekuly syntetického původu, jsou obvykle založeny na kovalentní vazbou velkého počtu atomů z uhlíku tvořících makromolekulární páteř . Jsou však známé syntetické polymery obsahující řetězové heteroatomy, jako je kyslík (například v polyetherech a polyesterech ) nebo dusík (v případě polyamidů , polyurethanů atd.).
Existují také makromolekuly, jejichž páteř neobsahuje žádný atom uhlíku, jako jsou silikony, které se skládají z kovalentních řetězců atomů křemíku a kyslíku (-Si-O-).
K nanotrubičky z uhlíku jsou také makromolekuly, stejně jako grafit , který se skládá z velkých listů uhlíkových atomů (makromolekul trojrozměrné C 2D ).
Uhlíková nanotrubice
Grafitová struktura
V případě diamantu má polymerní struktura, která se rozprostírá ve třech směrech prostoru ( trojrozměrná makromolekula C 3D ), stejné rozměry jako krystaly .
Existují i jiné anorganické polymerní struktury, zejména v rodině silikátů (viz článek). Je možno uvést z trojrozměrného makromolekuly krystalického oxidu křemičitého , ve kterém čtyři kyslíkové atomy O z SiO 4 čtyřstěnujsou sdíleny s dalšími čtyřstěnmi SiO 4, což vede k opakované jednotce vzorce SiO 2.
SiO 4 čtyřstěn
Krystalovaný oxid křemičitý (SiO 2 ) n (atomy Si šedě a O červeně)