Macromolécule

Une macromolécule (ou molécule polymère) est généralement considérée comme une très grande molécule, qui est donc censée posséder une masse moléculaire relative élevée. La notion de macromolécule a été introduite en 1922 par le chimiste allemand Hermann Staudinger. Cette notion présente un intérêt pratique facilitant le dialogue, cependant, elle ne correspond pas à une réalité concrète puisque basée sur la présence de répétitions de constituants de même nature, ainsi que sur la notion d'unité de masse atomique établie arbitrairement (à un douzième de la masse d'un atome de carbone 12). Ainsi, de "petites molécules" peuvent aussi être qualifiées de macromolécules à partir du moment où ces dernières présentent une répétition de constituants, or on peut dire qu'il y a répétition seulement à partir de 2. Par exemple, le maltose devrait donc être considéré comme une macromolécule à haute masse moléculaire (relative)! Enfin, la définition de macromolécule ne définie pas la nature des constituants qui se répètent, ainsi les nanotubes sont considérés par certains comme des macromolécules alors que l'on parle ici seulement de répétitions d'atomes de carbone. Un système formé par un ensemble de macromolécules de même nature chimique (mais pouvant présenter des masses molaires différentes entre elles) s'appelle un polymère.
Les macromolécules organiques peuvent résulter de processus biologiques (polymères naturels) ou bien être préparées à l'aide de réactions chimiques (polymères synthétiques).

Macromolécules naturelles

Les macromolécules naturelles sont organiques ou d'origine minérale. On peut citer les polysaccharides (cellulose, amidon...), les protéines (laine, soie...), les acides nucléiques, le caoutchouc naturel, etc.
L'importance des polymères naturels est considérable. La Nature produit des dizaines de milliards de tonnes de cellulose chaque année.

Structure

La structure des macromolécules naturelles possède une complexité souvent due à la présence d'un motif qui se répète. Par exemple une protéine est un enchaînement d'acides aminés puisés parmi une vingtaine différents. De son côté, l'ADN est une répétition de bases prises parmi quatre nucléotides. Ces variétés sont à la base de la variété des protéines dans un cas, et de la possibilité de codage dans l'autre. Les polysaccharides comme la cellulose sont constitués de chaînes où se reproduit un même motif (le glucose). La variété, dans ces macromolécules, vient du caractère aléatoire des branchements que la chaîne présente. Le caoutchouc naturel est un des seuls polymères d'origine naturelle à posséder une structure où un motif s'enchaîne avec régularité. Les polymères naturels minéraux sont de nature fort différente. Par exemple, les nanotubes de carbone peuvent être considérés comme des macromolécules puisque les atomes de carbone qui les constituent sont reliés par des liaisons carbone - carbone covalentes. À ce titre, ils ne se différencient pas des macromolécules organiques dont il a été question précédemment.

Propriétés

Les propriétés des macromolécules naturelles sont liés aux catégories (protéine, ADN...) auxquels elles appartiennent. Par exemples, les protéines assurent trois fonctions : structurantes (fibre musculaire), spécifique (transport de l'oxygène), ou catalyse (enzyme).

Macromolécules artificielles

Elles sont soit obtenues par modification chimique de macromolécules naturelles, par exemple dans le but d'améliorer certaines propriétés, soit par synthèse à partir de monomère issus de la pétrochimie.

Macromolécules organiques obtenues par modification

On peut mentionner dans cette famille les esters cellulosiques tels l'acétate de cellulose ou la nitrocellulose.

Dimensionnalité : macromolécules monodimensionnelles (cas des polymères thermoplastiques, schéma de gauche) et macromolécule tridimensionnelle (cas des polymères thermodurcissables, à droite)

Leur variété est particulièrement importante.

Macromolécules organiques purement synthétiques

Dans le cas de macromolécules d'origine synthétique, les arrangements moléculaires résultent de la polymérisation de molécules monomères.
Une macromolécule (chaîne polymère) résulte généralement de l'assemblage par des liaisons covalentes d'un grand nombre de motifs de répétition semblables (cas des homopolymères) ou différents (copolymères).

Les macromolécules d'origine synthétique sont généralement basées sur l'enchaînement covalent d'un grand nombre d'atomes de carbone qui forment le squelette macromoléculaire. On connaît toutefois des polymères synthétiques comportant des hétéroatomes caténaires tels l'oxygène (par exemple dans les polyéthers et les polyesters) ou l'azote (cas des polyamides, polyuréthanes...).
Il existe par ailleurs des macromolécules dont le squelette ne contient aucun atome de carbone, telles les silicones qui sont constitués d'enchaînements covalents d'atomes de silicium et d'oxygène (-Si-O-).

Macromolécules minérales

Nanotube de carbone

Les nanotubes de carbone sont aussi des macromolécules, ainsi que le graphite qui est constitué de grandes feuilles d'atomes de carbone.

Voir aussi

• Biomolécule (molécule naturelle organique, issue des règnes végétal ou animal)
• Polymère
• Matière plastique