Devoir de Philosophie

macromoléculaire, chimie - chimie.

Publié le 25/04/2013

Extrait du document

chimie
macromoléculaire, chimie - chimie. 1 PRÉSENTATION macromoléculaire, chimie, branche de la chimie qui traite de la synthèse et des propriétés des macromolécules. Les macromolécules sont des molécules de très grande taille, pouvant comporter plusieurs milliers à plusieurs centaines de milliers d'atomes associés par des liaisons covalentes (voir liaison chimique). La grande taille de ces molécules favorise les interactions inter- et intramoléculaires, et leur confère des propriétés physico-chimiques particulières : elles sont en effet difficiles à mettre en solution, à purifier et à étudier d'une façon générale. Il existe deux grandes classes de macromolécules : les macromolécules d'origine biologique et les polymères de synthèse. 2 MACROMOLÉCULES D'ORIGINE BIOLOGIQUE Les macromolécules d'origine biologique regroupent les protéines, comme les enzymes du métabolisme, les protéines de structure (kératine) ou les hormones (insuline), les acides nucléiques (l'ADN des chromosomes par exemple), les polysaccharides, qui sont souvent des substances de réserve ou de structure dans les végétaux (amidon, cellulose, mais aussi glycogène du foie), les lipides et, principalement, les phospholipides, constituants des parois cellulaires, et enfin certaines résines naturelles, telles que l'hévéa (1,4-cis-polyisopropène), constituant de base du caoutchouc, ou la gutta-percha (1,4-trans-polyisopropène). Ces macromolécules biologiques peuvent être considérées au sens large comme des polymères, puisqu'elles sont formées à partir d'un nombre limité de molécules plus petites. Mais, dans la plupart des cas, la structure des macromolécules est infiniment plus complexe et plus variée que celle des polymères de synthèse, et très peu de ces molécules ont pu être reproduites artificiellement à ce jour. Parmi les macromolécules d'origine biologique, on trouve également un certain nombre de « macrocycles «, qui sont souvent des constituants de base de la plupart des pigments naturels : cycle hème de la molécule d'hémoglobine, porphyrine centrale de la molécule de chlorophylle, vitamine B 12, etc. 3 POLYMÈRES DE SYNTHÈSE Les polymères de synthèse ont d'innombrables applications : matières plastiques, silicones, élastomères, fibres textiles, résines, adhésifs, composants dans les peintures, vernis et autres revêtements, mais aussi polymères conducteurs d'électricité ou magnétiques. Ces macromolécules sont synthétisées à partir d'une molécule M, appelée motif ou monomère, qui se répète un grand nombre de fois pour former une longue chaîne M n (n étant le nombre de monomères dans la macromolécule). En général, le produit de départ se trouve en solution ; on y ajoute un initiateur qui va déclencher la réaction de polymérisation : les molécules de monomère vont réagir entre elles et se lier bout à bout ; pour arrêter la polymérisation, on introduit dans le mélange un inhibiteur -- molécule qui réagit avec les molécules de monomère et qui une fois placée en bout de chaîne, ne peut plus réagir avec une autre molécule. En ajoutant dans la solution de départ certains composés, on favorise par la suite la réticulation du polymère, c'est-à-dire l'établissement de liaisons entre les macromolécules. 4 STRUCTURE DES MACROMOLÉCULES On n'a généralement pas accès à la composition exacte des macromolécules, soit parce qu'elles sont trop complexes (protéines, acides nucléiques), soit parce que la plupart des polymères sont constitués d'un mélange de macromolécules plus ou moins polymérisées. De plus, s'il s'agit de copolymères ou bien de polymères substitués, la composition des différentes chaînes du mélange peut être totalement aléatoire, à moins qu'une méthode de synthèse très spécifique n'ait été utilisée (réactions stéréospécifiques). On caractérise donc les macromolécules par des grandeurs moyennes liées à leur masse et à leur viscosité ou liées aux formes et aux dimensions qu'elles adoptent : chaînes linéaires ou ramifiées, qui ensuite se replient sous forme de bâtonnets, lentilles, pelotes, formant des macromolécules planaires comme la kératine ou des macromolécules tridimensionnelles (cristaux covalents, résines...). Les techniques utilisées sont globales et se divisent en deux catégories : les méthodes hydrodynamiques (mouvement Brownien, sédimentation) qui donnent plutôt accès aux informations concernant la masse et / ou la viscosité ; les méthodes de diffusion des rayonnements (diffusion de la lumière visible, biréfringence optique, dichroïsme infrarouge, diffusion des rayons X, des neutrons) qui fournissent plutôt des informations sur les caractéristiques morphologiques de ces macromolécules. De plus, la conformation et les interactions inter- et intramoléculaires des macromolécules peuvent varier énormément en fonction des conditions auxquelles on les soumet. Voici deux exemples extrêmes : l'albumine (le blanc) des oeufs devient solide si on la soumet à la chaleur, mais redevient liquide si on la met ensuite en un milieu acide ; si l'on pousse la vulcanisation du caoutchouc naturel à l'extrême, on obtient une matière dure et infusible, l'ébonite. La conformation et les interactions interet intramoléculaires des macromolécules jouent un très grand rôle dans les propriétés des macromolécules : ces dernières sont souvent ramifiées dans les trois directions de l'espace, et des pontages peuvent exister entre les différentes parties de la molécule, soit par simple interaction intramoléculaire (forces de Van der Waals, liaison hydrogène), soit par réactions chimiques créant de véritables liaisons covalentes à l'exemple de la réaction de vulcanisation. Plus la molécule est ramifiée, plus le matériau est dur et plus son point de fusion est élevé. L'exemple le plus caractéristique est le diamant, qui peut être considéré comme l'analogue minéral d'un polymère tridimensionnel d'atomes de carbone, tous reliés entre eux par des liaisons covalentes, et qui est un matériau complètement infusible et le plus dur qui soit. 5 APPLICATIONS La chimie macromoléculaire a devant elle deux grands domaines d'applications. Le premier consiste en la recherche de nouveaux polymères, en particulier ceux qui peuvent avoir plusieurs propriétés intéressantes en même temps (par exemple un revêtement à la fois protecteur et bien adhérent sur son support) ; en effet, on connaît de nombreuses macromolécules ayant des propriétés particulières et qui peuvent être modifiées afin d'être adaptées à des contraintes supplémentaires. Le deuxième axe principal de développement de la chimie macromoléculaire est la recherche d'analogues synthétiques de molécules biologiques aux fonctions intéressantes, en particulier dans le domaine de la catalyse, ainsi qu'en cosmétologie, en pharmacie et en médecine (sang artificiel). La chimie macromoléculaire est à la base de la chimie supramoléculaire, où l'on vise la construction, à partir de macromolécules déterminées, d'édifices chimiques fonctionnalisés. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.

Liens utiles