Makromolekül

Makromoleküle (Großmoleküle; von altgriechisch μακρός makros ‚groß‘), auch Riesenmoleküle^[1] genannt, sind Moleküle mit hoher Molekülmasse, die aus sich wiederholenden ähnlichen Struktureinheiten (formale Grundbausteine) bestehen. Dies sind meist Atomgruppen, können aber auch Atome sein, deren Massen im Vergleich zur Gesamtmasse des Makromoleküls klein sind.^[2] In der technischen Chemie werden die Grundbausteine Konstitutionelle Repetiereinheit genannt.

Mit Makromolekülen beschäftigt sich die makromolekulare Chemie Üblicherweise wird von Makromolekülen gesprochen, wenn die molare Masse über 10.000 g·mol⁻¹ liegt.^[3] Der Begriff Makromolekül wurde 1922 von Hermann Staudinger eingeführt.

Zu den Makromolekülen gehören insbesondere Polymere (Kunststoffe wie z. B. Polyolefine und Polyamide) und Biopolymere (Nukleinsäurem, Proteine, Kohlenhydrate etc.).^[4]

Mehrere Reihen von natürlichen und synthetischen chemischen Substanzen bestehen aus Makromolekülen. Diese makromolekularen Stoffe sind in der Regel Mischungen von Makromolekülen mit ähnlicher chemischen Zusammensetzung bzw. Struktur und nur ähnlich großen Molekülmassen. Sie sind damit polydispers und haben eine Molmassenverteilung. Praktisch sind die Makromoleküle eines makromolekularen Stoffs in ihrem Verhalten gleich, da – wegen der Größe des Moleküls – ein Hinzufügen oder Wegnehmen von Struktureinheiten keine Auswirkung auf die Eigenschaft des Makromoleküls hat.

Einige makromolekulare Stoffe bestehen aus weitgehend identischen Makromolekülen mit einheitlicher Molmasse. Sie sind damit monodispers. Bei einigen natürlichen, monodispersen makromolekularen Stoffen, wie bei bestimmten Proteinen (Enzyme), sind die biochemischen Eigenschaften des Makromoleküls – im Gegensatz zur allgemeinen Regel – hoch abhängig von der Zusammensetzung und der Feinstruktur des Makromoleküls.

Makromolekulare Stoffe können in natürliche, halbsynthetische und synthetische Stoffe unterteilt werden.

Vertreter natürlicher makromolekularer Stoffe sind z. B.:

• Kohlenwasserstoffe, wie cis-1,4-Polyisopren (Hauptbestandteil von Naturkautschuk/Latex)
• Lignin
• Polynukleotide, wie Nukleinsäuren
• Polysaccharide, wie Stärke und Zellulose
• Proteine, wie Seide, Collagen, Enzyme, Antikörper

Vertreter halbsynthetischer makromolekularer Stoffe sind z. B.:

• Acetatseide
• Viskose, Cellulosenitrat (Zelluloid)
• Vulkanisierter Kautschuk

Aus synthetischen makromolekularen Stoffen werden Kunststoffe, Kunstfasern und Synthesekautschuk (Gummi, Elastomer) hergestellt. Dazu gehören z. B.:^[5]

• Polystyrol (PS), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyamide (PA), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET)
• Silikone

Zu den Makromolekülen mit verzweigter Baumstruktur gehören die Dendrimere mit ihren perfekt verzweigten Strukturen wie auch die statistisch folgeverzweigten hyperverzweigten Polymere. Beide werden unter dem Begriff dendritische Polymere oder hochverzweigte Polymere^[6] zusammengefasst, welche in regelmäßiger oder unregelmäßiger Form starke Verzweigung aufweisen. „Dendritisch“ charakterisiert dabei das Prinzip der Folgeverzweigung (dendron = Baum), das Strukturen dieser Art zugrunde liegt. Hyperverzweigte Makromoleküle spielen in der Natur eine wichtige Rolle, so etwa Amylopektin oder Glykogen. Die folgeverzweigte Struktur dieser Polymere wurde bereits in den 30er Jahren bewiesen.^[7]

1. ↑ Riesenmoleküle im DWDS.
2. ↑ Eintrag zu macromolecule (polymer molecule). In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.M03667 – Version: 2.3.1.
3. ↑ Eintrag zu Makromoleküle. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 20. Juni 2014.
4. ↑ Stryer L, Berg JM, Tymoczko JL: Biochemistry. 5th Auflage. W.H. Freeman, San Francisco 2002, ISBN 978-0-7167-4955-4 (englisch, ncbi.nlm.nih.gov (Memento des Originals vom 10. Dezember 2010 im Internet Archive)). 
5. ↑ M. D. Lechner, K. Gehrke und E. H. Nordmeier: Makromolekulare Chemie. 4. Auflage, Birkhäuser Verlag, 2010, ISBN 978-3-7643-8890-4, S. 48–170.
6. ↑ Spezielle Polymerarchitekturen. In: ChemgaPedia. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 30. Oktober 2022; abgerufen am 30. Oktober 2022. 
7. ↑ Holger Frey, Holger Kautz: Hyperverzweigte Polymere: von baumartigen Makromolekülen zu Funktionsmaterialien. In: Nachrichten aus der Chemie. Band 50, Nr. 11, 2002, S. 1218–1224, doi:10.1002/nadc.20020501108.