12.1: ¿Qué son las Macromoléculas?

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Las macromoléculas son moléculas muy grandes. Sus pesos moleculares pueden oscilar entre los miles y los millones. Pueden tener formas muy diferentes, aunque la estructura más común involucra una cadena larga. Por lo general, se construyen a partir de pequeñas unidades repetitivas unidas entre sí para formar esta larga cadena.

Estas macromoléculas también se llaman “polímeros”. Los polímeros están hechos de muchas moléculas pequeñas unidas entre sí. Estas moléculas están unidas o “encadenadas” por enlaces covalentes. Las pequeñas moléculas que se unen para formar polímeros se denominan “monómeros”. A veces, pequeños números de monómeros pueden unirse para formar moléculas de tamaño mediano; puede haber dos unidades repetitivas, formando un dímero, o tres unidades repetitivas, formando un trímero, y así sucesivamente. Estos minipolímeros a menudo se denominan oligómeros en general.

El polímero natural más común en el mundo es la celulosa. La celulosa se encuentra en las plantas, donde juega un importante papel estructural, dando fuerza a las paredes celulares. Utilizamos fibras de celulosa en una variedad de aplicaciones. La celulosa de la madera es el componente principal del papel y el cartón. La celulosa también se obtiene a partir de fibras de algodón y se utiliza para hacer tela, generalmente para prendas de vestir. El papel moneda también está hecho de celulosa; generalmente la fuente es algodón, así como cierta cantidad de lino.

Cadena de celulosa de varias subunidades de glucosa. — Figura\(\PageIndex{1}\):

La celulosa está hecha de una larga cadena de unidades de azúcar ensartadas en una cadena. En la imagen, las líneas discontinuas indican que la cadena continúa. Las unidades individuales de azúcar son todas D-glucosa. Estos anillos polihidroxilados están todos encadenados exactamente de la misma manera, formando un patrón repetitivo de un extremo de la molécula al otro.

Cadena de celulosa; las subunidades alternas de glucosa están coloreadas en rojo y negro. — Figura\(\PageIndex{2}\):

Es muy común representar polímeros con esta unidad repetitiva mostrada entre paréntesis. Un número de subíndice después de los paréntesis indica cuántas veces se repite esta unidad. Si no se conoce el número, esta variable se indica con la letra n.

Subunidad única de glucosa, subíndice de n. — Figura\(\PageIndex{3}\):

El polímero se forma al encantar una serie de monómeros de glucosa juntos. La forma particular de glucosa es α-D-glucopiranosa. En los extremos de la cadena polimérica, hay dos grupos terminales hidroxilo.

Cuando se dibuja de esta manera, el grabado del polímero apenas difiere de cómo representaríamos el monómero.

El segundo polímero natural más común del mundo es la lignina. Al igual que la celulosa, la lignina se encuentra en las paredes celulares de las plantas, donde proporciona resistencia y soporte estructural. Sin embargo, la lignina generalmente se asocia con plantas leñosas, y es mucho más fuerte, menos flexible y más duradera que la celulosa. De hecho, debido a esta durabilidad, la eliminación de lignina de la pulpa de madera plantea un obstáculo significativo durante el proceso de fabricación del papel.

La lignina tiene una estructura más complicada que la celulosa. También se forma a partir de monómeros, pero las estructuras de esos monómeros son menos regulares que en la celulosa. Además, se juntan de formas más complicadas, en lugar de estar todos unidos de manera idéntica.

Al igual que la lignina, las proteínas también se forman a partir de múltiples tipos de monómeros. Sin embargo, estos monómeros están todos encadenados exactamente de la misma manera. Las proteínas tienen un “esqueleto” perfectamente repetitivo, aunque los grupos “colgantes” unidos a esta columna vertebral varían de una unidad a otra.

En la imagen, esta columna vertebral se muestra en rojo. Podemos simplificar el dibujo al denotar todos los grupos colgantes variables negros como “R”.

Al igual que con la celulosa, la imagen del polímero, cuando se dibuja de esta manera, se parece mucho a una imagen del monómero. En cualquier caso, existe un equilibrio ácido-base que implica el grupo amina y el grupo ácido carboxílico en el monómero, o lo que se conoce como el N-terminal y el C-terminal en el polímero.

Los polímeros comerciales se utilizan en casi todos los aspectos de la vida diaria. Al igual que los biopolímeros comunes, están construidos de pequeños monómeros ensamblados en cadenas largas. Muchos polímeros comunes nos son familiares por los códigos de reciclaje en la parte inferior de las botellas y otros empaques.

Polímero	Código de Reciclaje	Ejemplos de usos
tereftalato de polietileno (PETE)	1	Botellas de Bebida
polietileno de alta densidad (HDPE)	2	Botellas para alimentos y limpiadores domésticos
cloruro de polivinilo (PVC)	3	plomería, revestimiento, marcos de ventanas, botellas de champú
polietileno de baja densidad (LDPE)	4	alfombra, tela, botellas comprimibles
polipropileno (PP)	5	tapas para biberones, pajitas, frascos para medicamentos
poliestireno (PS)	6	CDs, vasos y platos desechables
todo lo demás (PLA, PC, ABS, etc.)	7	empaque de alimentos, carcasa electrónica, letreros

Los dibujos de estos polímeros (ver problemas a continuación) ilustran que la mayoría de ellos tienen una “cadena principal” larga con “grupos colgantes” unidos periódicamente a lo largo de esa cadena. Mcuh de las propiedades de las propiedades comerciales surgen de esa estructura de cadena larga. Las diferentes propiedades de estas estructuras provienen de las diferencias en esos grupos de pandantes, así como de las altearciones en la estructura de la cadena principal de un polímero a otro.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Revisar los siguientes dibujos para mostrar la unidad repetitiva entre paréntesis.

Figura\(\PageIndex{11}\):

**Contestar**

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Expanda las siguientes estructuras poliméricas para mostrar al menos tres unidades repetitivas.

Figura\(\PageIndex{12}\):

**Contestar**

Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

Encuentra una aplicación para cada uno de los polímeros en la pregunta anterior.

Ejercicio\(\PageIndex{4}\)

HDPE y LDPE tienen estructuras muy similares. Al igual que otros polímeros comunes, como PVC, PP y PS, son polímeros olefínicos en los que el monómero forma una unidad repetitiva de dos carbonos que aparece en la cadena principal.

Al observar las estructuras de ambos polímeros, se proporciona una imagen estructural en la que la unidad repetitiva se muestra entre paréntesis.
El LDPE tiene una densidad ligeramente menor que el HDPE. Explique por qué.

Contestar a
Respuesta b: Las cadenas de HDPE son capaces de empaquetarse más firmemente que el LDPE, en las que las ramas evitan el empaquetamiento apretado de la columna vertebral. Esa diferencia hace que el LDPE sea menos denso que el HDPE.