Estudio computacional de la adsorción de ibuprofeno en materiales carbonáceos mediante cálculos DFT: Análisis de descriptores moleculares

Abstract

El ibuprofeno (C₁₃H₁₈O₂, pKa 4.9) es un antiinflamatorio no esteroideo detectado de forma persistente en efluentes acuáticos a concentraciones de ng/L–µg/L, resistente a los tratamientos convencionales de depuración. Este trabajo evalúa, mediante cálculos DFT (R²SCAN-3c/ORCA 6.0.1), la adsorción de benceno como sonda molecular sobre tres familias de materiales carbonáceos —hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs, superficies planas), fullerenos (C60–C74) y nanotubos de carbono de pared simple (SWCNTs)— así como sobre modelos de óxido de grafeno (GO/rGO) con distintas relaciones C/O. La energía de adsorción se calculó bajo el esquema supramolecular (E_ads = E_complejo − E_material − E_adsorbato), utilizando un protocolo multinivel de preoptimización semiempírica (GFN2-xTB), búsqueda conformacional (DOCKER) y refinamiento DFT. Los resultados muestran que la afinidad de adsorción sigue la tendencia HAPs > SWCNTs > fullerenos: la energía de adsorción escala con el tamaño del dominio π en los HAPs, aproximándose al límite del grafeno reportado en literatura, mientras que la curvatura en fullerenos y nanotubos reduce sistemáticamente el solapamiento orbital y la afinidad. El rGO, con una relación C/O intermedia, representa un equilibrio óptimo entre interacciones π–π y sitios oxigenados capaces de formar puentes de hidrógeno con el ibuprofeno. Estos hallazgos aportan criterios racionales para el diseño de materiales adsorbentes de base carbonosa orientados a la remoción de contaminantes emergentes en sistemas acuáticos.

Keywords: DFT; adsorción; ibuprofeno