Adsorción de 4-Epoxitetraciclina y Azul de Metileno sobre Grafeno Funcionalizado: un Estudio DFT

Abstract

Los contaminantes emergentes en aguas residuales como antibióticos derivados de tetraciclina y colorantes catiónicos como el azul de metileno, representan un riesgo creciente para los ecosistemas acuáticos por su persistencia y baja biodegradabilidad. En este trabajo se estudió computacionalmente, mediante el programa ORCA, la interacción de dos moléculas contaminantes estructuralmente distintas, 4-epoxitetraciclina y azul de metileno (forma neutra), con una serie de superficies de carbono grafénico de complejidad creciente, desde fragmentos aromáticos simples hasta modelos funcionalizados tipo circumcoronene, oxidados o químicamente reducidos. Para cada par molécula-superficie se realizó primero un docking molecular que permitió preseleccionar las orientaciones de aproximación más favorables, seguido de un cálculo DFT para obtener la configuración final de menor energía. Los resultados muestran que la estabilidad de la interacción aumenta progresivamente con el tamaño del adsorbente, pero que la química superficial específica determina el sustrato óptimo de forma distinta para cada contaminante: la 4-epoxitetraciclina presentó su mayor estabilidad sobre óxido de grafeno, mediante una red cooperativa de puentes de hidrógeno; mientras que el azul de metileno neutro mostró su interacción más fuerte sobre grafeno químicamente reducido, la mayor estabilidad registrada en todo el estudio, mediante un mecanismo dispersivo de apilamiento entre anillos aromáticos. Esto sugiere que la remediación combinada de antibióticos y colorantes requeriría materiales heterogéneos.

Keywords: grafeno; contaminantes; docking