El concepto de macromolécula fue introducido por H. Staudinger en 1992.
Por macromolécula entendemos aquellas moléculas gigantes que pueden contener varios miles o varias centenas de miles de átomos. Las macromoléculas son similares a las moléculas orgánicas clásicas excepto en el tamaño.

Se pueden clasificar en:

• Macromoléculas lineales: cuyo encadenamiento atómico se desarrolla en una dirección preferencial, a veces con ramificaciones.
• Macromoléculas laminares: cuyos encadenamientos atómicos se desarrollan en dos direcciones espaciales.
• Macromoléculas tridimensionales, cuya estructura se extiende en tres dimensiones del espacio.

Estas estructuras no forzosamente tienen que ser independientes: en la vulcanización del caucho, este pasa de la estructura lineal a la estructura tridimensional. El material macromolecular es el que asocia una sustancia macromolecular a otras sustancias distintas. Entre las sustancias macromoleculares, también llamadas polímeros, se distinguen:

• Sustancias naturales, orgánicas, por ejemplo: celulosa, caucho;
• ó minerales, por ejemplo: silicatos, sulfuro de cinc.
• Sustancias artificiales, obtenidas por modificación química de las precedentes.
• Sustancias sintéticas, por ejemplo: polímeros obtenidos por polimerización o policondensación.

Estas sustancias se caracterizan por la diversidad del tamaño de las macromoléculas que las constituyen y por la naturaleza de los enlaces que unen las cadenas macromoleculares.

Las macromoléculas naturales son clasificadas en:

• Carbohidratos
• Proteínas y lípidos compuestos;
cuyas moléculas poseen una elevada masa molecular.

Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por puentes covalentes.
Buen ejemplo de ello son: El cuerpo humano, la seda, la pectina de las manzanas, la lactosa, que se encuentra en la leche y la maltosa, producto de la cebada.

La celulosa y el almidón son polisacáridos de la glucosa, donde el prefijo poli sí representa una multitud de moléculas de glucosa que se unen por condensación. La celulosa es uno de los principales elementos estructurales de las plantas y el almidón constituye su reserva energética.

En la celulosa, a diferencia del almidón, las moléculas de glucosa se unen linealmente por grupos OH. Dando estructuras relativamente rígidas, en las que hay pocas posibilidades de que penetren moléculas de agua. Al ser un polímero lineal, resulta óptimo para construir microfibrillas, a partir de las cuales se constituyen todas las estructuras vegetales.

El algodón es una celulosa. Contiene las fibras más largas, por lo que se emplea para fabricar ropa. Su capacidad de absorber agua se debe a que no todos sus átomos de oxígeno están contenidos en enlaces por puentes de hidrógeno, por lo que algunos de sus grupos -OH pueden interaccionar con moléculas de agua. La celulosa de la madera es de fibra más corta y no se puede utilizar en la industria textil, pero sí para fabricar papel.

La pulpa de la madera puede emplearse también en la preparación de otros productos, como los siguientes:

- Nitrato de celulosa. Se utiliza en la fabricación de explosivos, lacas y plásticos.
- Acetato de celulosa. Se emplea para hacer las películas de cine y, en forma de fibra, como la materia textil llamada rayón.
- Xantato de celulosa. Es ampliamente conocido con el nombre comercial de celofán. Se usa también para fabricar cuerdas de llantas.

Todo se inció con base en los estudios del sueco Jacob Barzelios, que implementó el termino polímero para clasificar a todas aquellas sustancias que presentaran elevadas pesos moleculares.

Sabemos que los polímeros son grandes moléculas se contribuyen a partir de la unión en una cadena, de un gran número de pequeñas moléculas llamadas monómeros.
Estos monómeros son pequeñas unidades repetitivas que reaccionan quimicamente para formar una macromolecula.

El primer polímero totalmente sintético se obtuvo en 1909, cuando el químico belga Leo Hendrik Baekeland fabrica la baquelita a partir de formaldehído y fenol. Otros polímeros importantes se sinterizaron en años siguientes, por ejemplo el poliestireno (PS) en 1911 o el poli (cloruro de vinilo) (PVC) en 1912.

La característica principal de los polímeros es tener un peso molecular alto, lo que afecta decisivamente a las propiedades químicas y físicas de éstas moléculas. Cuanto mayor sea el grado de polimerización, más elevado será el peso molecular del polímero. Los polímeros de peso molecular más elevado son designados altos polímeros, y los de bajo peso molecular oligómeros (del griego: pocas partes).

Algunos ejemplos de polímeros sintéticos industriales son:

• Polietileno

• Polipropileno

• Poliestireno

• Poliéster

• Nylon y Teflón.  

Polimerización

Es un proceso químico por el cual, mediante calor, luz o un catalizador, se unen varias moléculas de un compuesto generalmente de carácter no saturado llamado monómero para formar una cadena de múltiples eslabones, moléculas de elevado peso molecular y de propiedades distintas, llamadas macromoléculas o polímeros.

Tipos de Polimerización:

•Por adición
Las polimerizaciones por adición ocurren por un mecanismo en el que interviene la formación inicial de algunas especies reactivas, como radicales libres o iones. La adición de éstas especies reactivas a una molécula del monómero convierte a la molécula en un radical o Ion libre. Entonces procede la reacción en forma continua. Un ejemplo típico de polimerización por adición de un radical libre es la polimerización de cloruro de vinilo, H:C = CHCl, en cloruro de polivinilo (PVC).

•Por condensación
Las polimerizaciones por adición ocurren por un mecanismo en el que interviene la formación inicial de algunas especies reactivas, como radicales libres o iones. La adición de éstas especies reactivas a una molécula del monómero convierte a la molécula en un radical o Ion libre. Entonces procede la reacción en forma continua. Un ejemplo típico de polimerización por adición de un radical libre es la polimerización de cloruro de vinilo, H:C = CHCl, en cloruro de polivinilo (PVC)

En el poceso de fabricación de las macromoléculas los métodos experimentales utilizados en la determinación estructural de macromoléculas no son diferentes de los que se usan en la determinación estructural de moléculas “pequeñas”, y su descripción queda fuera del alcance de esta asignatura: Todos los métodos espectroscópicos, incluyendo el Infrarrojo, UV-visible, dicroismo circular, fluorescencia, resonancia de spín electrónico y la resonancia magnética nuclear se vienen utilizando desde hace décadas en la elucidación de la estructura de macromoléculas.

Especialmente importante ha sido, y lo es actualmente la difracción de Rayos X, y en los últimos años ha adquirido especial relevancia la resonancia magnética nuclear, y los métodos derivados de la microscopía electrónica, de efecto túnel y de fuerzas.

Como parte de fabricación de productos sintéticos, he aquí un video explicando la fabricación de un neumático:

Las macromoléculas por su estructura se dividen en 4 niveles:

• Primera estructura: es la secuencia de subunidades ( ó monómeros ) que la forman.
• Segunda estructura: hace referencia a la configuración que adquiere la cadena principal de la macromolécula. Los ejemplos más característicos se encuentran en proteínas y ácidos nucléicos, por ejemplo la estructura de a-hélice que adoptan muchas cadenas polipeptídicas, las láminas B ó el plegamiento practicamente aleatorio al que se hace referencia con el término ovillo al azar, “random-coil”  ó polímero flexible.
• Tercera estructura: es el plegamiento general que adquiere la macromolécula en el espacio.
• Cuarta estructura: hace referencia a la posible asociación de más de una molécula del polímero para formar agregados oligoméricos (dímeros, octámeros, etc.).

Unos de los materiales que se hacen con macromoléculas son por ejemplo materiales biodesintegrables, que son mezclas de bioplásticos con polímeros sintéticos no biodegradables, que por acción de los microorganismos se pueden desintegrar, convirtiéndose básicamente en agua y dióxido de carbono sólo las macromoléculas de bioplástico, mientras que las macromoléculas de alto peso molecular del polímero sintético permanecen intactas.

Desde el punto de vista de la “contaminación”, se percibe que no son una mejora al problema, por dejar ese residuo sintético sin degradar.
Para el uso de macromoléculas existe una ley que prohibe el uso incorrecto o que dañe al ser humano o a la naturaleza.
La mayor parte de las macromoléculas con las que estamos en contacto diariamente son sintéticas, he aquí algunos ejemplos y su utilidad.

Citando ejemplos con características y su utilidad
Polímeros de adición: son polímeros formados a partir de la unión de moléculas manométricas insaturadas. Con este polímero se fabrican bolsas de almacén, frascos de champú  juguetes e incluso chalecos a prueba de balas. Entre los polímeros de adición se encuentran el polietileno, polipropileno, cloruro de polivinilo, poliastireno, etanoato de polivinilo y politetrafluoroetileno.
El polipropileno es el polímero más común en nuestros días, esta formado por unidades de metilrtilenos y se produce mediante la reacción de polimerización de Ziegler-Natta puede encontrarse como plásticos y como fibra.
El poliestireno es una larga cadena hidrocarbonatada con un grupo fenilo unido cada dos átomos de carbono. Es producido por una polimerización vinilica por radicales libre a partir del monómero estírenos.

POLIMEROS DE CONDENSACION: en la polimerización por condensación en los monómeros se unen con la eliminación simultanea de átomos o grupos de átomos mas pequeños se obtiene a partir del enlace entre monómeros que poseen al menos dos grupos reaccionantes (monómeros bi, tri, etc.) y que reaccionan con separación de algún producto de bajo peso molecular.
Algunos polímeros típicos de condensación son:

Nailon: es uno de los polímeros mas comúnmente usados. Lo encontramos en nuestros artículos de uso diario pero también en otros lugares es llamado termo plástico.
Nailon 6.6: es llamado así por que cada unidad repetitiva de la cadena polimérica tiene dos extensiones de seis átomos de carbono cada una. El nailon es utilizado en la fabricación de ropa interior, ropa deportiva, medias, mochilas etc.
Poliuretanos: son los polímeros de mayor utilidad para hacer espumas, tapiz de sillas y almohadones; pueden ser elastómeros, pinturas, fibras y adhesivos. Los poliuretanos se conocen así por que en su cadena principal contienen enlaces de uretano.
Poliésteres: en forma de fibras y plásticos que fueron utilizado en los años 70's para confeccionar toda la ropa de bailables.los poliésteres tienen cadenas hidrocarbonatadas que contienen uniones ester; de ahí su nombre etilentereftalato.
Dacrón: es un poliéster que se obtiene a partir del acido tereftálico y etilenglicol. Es la fibra sintética de mayor uso para la fabricación de telas.

Macromoléculas naturales y sintéticas
Los organismos vivos requieren energía para llevar acabo un sinfín de actividades, como pensar, saltar, bailar, caminar, metabolizar lo que consumimos, entre otras. Por ello la importancia que presentan los carbohidratos, lípidos y proteínas en el organismo. Sabemos que nuestra alimentación es rica en estos compuestos que son biomoléculas muy abundantes en la naturaleza y están constituidas químicamente por carbono, hidrogeno y oxigeno, aunque en algunos casos puede contener otros átomos como nitrógeno y fosforo. Los investigadores han tratado de imitar a la naturaleza sintetizando este tipo de compuestos de gran peso molecular, los hermanos Goodyear, a partir de la resina de una planta, descubrieron la vulcanización. A partir de esto inició la síntesis de macromoléculas como el nailon, teflón, etc., y con ello la fabricación de un sin numero de artículos de primera necesidad.
Está más que clara la necesidad y continua interacción de estos compuestos en nuestra vida diaria, relacionándose con los humanos en todo lo que usa ó consume.