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Los lípidos, los polisacáridos, las proteínas y los polinucleótidos son los principales grupos de macromoléculas que se encuentran en todos los organismos vivos. Estas moléculas gigantes llevan a cabo todas las funciones vitales que necesitan las células. Las macromoléculas intervienen en procesos como la digestión de los alimentos, el almacenamiento de información, la manipulación de la energía y el metabolismo. Son complejas y enormes asociaciones de subunidades moleculares que parecen imposiblemente difíciles de entender. Afortunadamente, todas están construidas según el mismo principio de construcción.
Los monómeros son pequeñas moléculas, en su mayoría orgánicas, que pueden unirse a otras moléculas similares para formar moléculas muy grandes, o polímeros. Todos los monómeros tienen la capacidad de formar enlaces químicos con al menos otras dos moléculas monoméricas.
Uno de los primeros seres humanos que descubrió y fabricó un polímero artificial fue el químico alemán Hans von Pechmann. Probablemente fue un accidente. En 1899 encontró una sustancia blanca, pegajosa y sospechosa en el fondo de un matraz en el que había estado intentando descomponer el diazometano. No tenía ni idea de lo que había hecho, así que encargó el análisis del material a Eugen Bamberger y Friedrich Tschirner, que encontraron largas cadenas de -CH2-, a las que llamaron “polimetileno”.
Revisión de macromoléculas
Un polímero es una sustancia compuesta por macromoléculas[2]. Una macromolécula es una molécula de alta masa molecular relativa, cuya estructura comprende esencialmente la repetición múltiple de unidades derivadas, real o conceptualmente, de moléculas de baja masa molecular relativa[3].
es una sustancia o material formado por moléculas muy grandes, o macromoléculas, compuestas por muchas subunidades repetidas[6]. Debido a su amplio espectro de propiedades,[7] tanto los polímeros sintéticos como los naturales desempeñan papeles esenciales y ubicuos en la vida cotidiana[8] Los polímeros van desde los conocidos plásticos sintéticos, como el poliestireno, hasta los biopolímeros naturales, como el ADN y las proteínas, que son fundamentales para la estructura y la función biológicas. Los polímeros, tanto naturales como sintéticos, se crean mediante la polimerización de muchas moléculas pequeñas, conocidas como monómeros. Su masa molecular consecuentemente grande, en relación con los compuestos de moléculas pequeñas, produce unas propiedades físicas únicas que incluyen dureza, alta elasticidad, viscoelasticidad y una tendencia a formar estructuras amorfas y semicristalinas en lugar de cristales.
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Una alternativa interesante a los polisacáridos nativos son los glicopolímeros, definidos como macromoléculas totalmente sintéticas que poseen un esqueleto de no carbohidratos y motivos de carbohidratos pedantes o terminales [8]. Cabe destacar que, a pesar de los significativos avances en la caja de herramientas sintéticas macromoleculares, la producción de dichas macromoléculas supone un reto debido a los efectos estéricos que se producen durante la síntesis. En general, los glicopolímeros pueden prepararse a grandes rasgos mediante dos rutas sintéticas principales: la polimerización directa de monómeros basados en carbohidratos y la modificación química de los polímeros producidos con compuestos que contienen sacáridos. En particular, esta última estrategia se considera más conveniente que la primera, que a menudo requiere un proceso de varios pasos. Por ejemplo, este tipo de reacción se puede llevar a cabo mediante “reacciones de clic” comunes que utilizan la química de tiol-eno o CuACC [9-11]. Desgraciadamente, la principal desventaja de esta solución es el escaso control sobre el grado de sustitución, que es el resultado del impedimento estérico, los efectos de empaquetamiento de la densidad entre las largas cadenas de polímeros y los grandes carbohidratos estructuralmente complejos. De hecho, es mucho más fácil utilizar los carbohidratos como iniciadores de la polimerización. Los preiniciadores más populares utilizados en este enfoque son los dextranos [12], la celulosa [13], el almidón, así como los azúcares simples como la glucosa [14-16].
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Los polímeros son sustancias de alto peso molecular formadas por unidades monoméricas repetidas. Las sustancias con cadenas cortas que contienen relativamente pocos monómeros se denominan oligómeros. Los polímeros deben sus propiedades únicas a su tamaño, su forma tridimensional y, a veces, a su flexibilidad y asimetría. La reactividad química de los polímeros depende de la química de sus unidades monoméricas, pero sus propiedades dependen en gran medida de la forma en que se ensamblan los monómeros; es este hecho el que conduce a la versatilidad de los polímeros sintéticos. Las moléculas de los polímeros pueden ser lineales o ramificadas, y las cadenas lineales o ramificadas separadas pueden unirse mediante enlaces cruzados. La reticulación extensiva da lugar a una red polimérica tridimensional y a menudo insoluble. Los polímeros en los que todas las unidades monoméricas son idénticas se denominan homopolímeros; los formados a partir de más de un tipo de monómero se llaman copolímeros. Se pueden producir diversas disposiciones de los monómeros A y B en las moléculas del copolímero (Fig. 7.1) con los consiguientes efectos en las propiedades físicas del polímero resultante. Los polímeros sintéticos pueden tener sus cadenas principales sustituidas de diferentes maneras, dependiendo de las condiciones de la reacción, de manera que se producen formas atácticas (aleatorias), isotácticas o sindiotácticas, como se representa en el diagrama de la Fig. 7.1.