Квантовохімічне дослідження адсорбції доксицикліну на графеноподібній площині
Doxycycline (DOXY) is a second-generation tetracycline antibiotic widely used for the treatment of gastrointestinal and respiratory infections, malaria, skin infections, and as a feed additive to promote livestock growth. Doxycycline becomes a pollutant when it is discharged into the aquatic environ...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/797 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
Institution
Surface| _version_ | 1869292012487835648 |
|---|---|
| author | Дем’яненко, Є. M. Хора, О. В. Маркітан, О. В. Гаврилюк, Н. А. Горєлов, Б. М. Щур, Д. В. Лобанов, В. В. |
| author_facet | Дем’яненко, Є. M. Хора, О. В. Маркітан, О. В. Гаврилюк, Н. А. Горєлов, Б. М. Щур, Д. В. Лобанов, В. В. |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Дем’яненко, Є. M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-02-12T08:53:33Z |
| description | Doxycycline (DOXY) is a second-generation tetracycline antibiotic widely used for the treatment of gastrointestinal and respiratory infections, malaria, skin infections, and as a feed additive to promote livestock growth. Doxycycline becomes a pollutant when it is discharged into the aquatic environment as industrial wastewater without effective treatment. It should be noted that doxycycline residues have been found in the environment not only in natural waters but also in drinking water. Given the negative ecotoxicological impact of DOXY, it is appropriate to remove it from the aquatic environment. Among the removal methods, adsorption is the most convenient, since adsorbents are easy to produce, they are quite cost-effective, and there is no risk of forming highly toxic by-products. One of such promising adsorbents is nano-sized carbon materials. The aim of the work is to study the energy parameters of the interaction of a graphene-like plane (GP) with DOXY in some protolytic forms that exist at different pH values of the aqueous medium using quantum chemical methods. Analysis of the results of quantum chemical calculations shows that doxycycline adsorption can occur in the entire pH range of an aqueous solution, as indicated by the negative values of the enthalpy of interaction of GP and doxycycline regardless of the protolytic form of doxycycline. The largest value of the adsorption enthalpy (∆Hads. = ‑123.3 kJ/mol) occurs for the adsorption of the molecular form of doxycycline on GP. For the zwitterion of doxycycline ∆Hads. = -115.3 kJ/mol). For the deprotonated form of DOXY, which can exist at high pH values of the aqueous medium, ∆Hads. is -96.4 kJ/mol. And the smallest value of the interaction enthalpy ( -40.6 kJ/mol) is for the adsorption of the protonated form of doxycycline by the graphene-like plane. Therefore, the adsorption of doxycycline on the graphene-like plane occurs in a neutral aqueous environment. At pH>7, this effect is lower by 8 kJ/mol, and in an acidic environment the adsorption is the smallest. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2025.17.072 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:49Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-797 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-04T01:00:21Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7972026-02-12T08:53:33Z Quantum chemical study of doxycycline adsorption on a graphene-like plane Квантовохімічне дослідження адсорбції доксицикліну на графеноподібній площині Дем’яненко, Є. M. Хора, О. В. Маркітан, О. В. Гаврилюк, Н. А. Горєлов, Б. М. Щур, Д. В. Лобанов, В. В. doxycycline graphene-like plane cluster approach semi-empirical research methods доксициклін графеноподібна площина кластерне наближення напівемпіричні методи дослідження Doxycycline (DOXY) is a second-generation tetracycline antibiotic widely used for the treatment of gastrointestinal and respiratory infections, malaria, skin infections, and as a feed additive to promote livestock growth. Doxycycline becomes a pollutant when it is discharged into the aquatic environment as industrial wastewater without effective treatment. It should be noted that doxycycline residues have been found in the environment not only in natural waters but also in drinking water. Given the negative ecotoxicological impact of DOXY, it is appropriate to remove it from the aquatic environment. Among the removal methods, adsorption is the most convenient, since adsorbents are easy to produce, they are quite cost-effective, and there is no risk of forming highly toxic by-products. One of such promising adsorbents is nano-sized carbon materials. The aim of the work is to study the energy parameters of the interaction of a graphene-like plane (GP) with DOXY in some protolytic forms that exist at different pH values of the aqueous medium using quantum chemical methods. Analysis of the results of quantum chemical calculations shows that doxycycline adsorption can occur in the entire pH range of an aqueous solution, as indicated by the negative values of the enthalpy of interaction of GP and doxycycline regardless of the protolytic form of doxycycline. The largest value of the adsorption enthalpy (∆Hads. = ‑123.3 kJ/mol) occurs for the adsorption of the molecular form of doxycycline on GP. For the zwitterion of doxycycline ∆Hads. = -115.3 kJ/mol). For the deprotonated form of DOXY, which can exist at high pH values of the aqueous medium, ∆Hads. is -96.4 kJ/mol. And the smallest value of the interaction enthalpy ( -40.6 kJ/mol) is for the adsorption of the protonated form of doxycycline by the graphene-like plane. Therefore, the adsorption of doxycycline on the graphene-like plane occurs in a neutral aqueous environment. At pH>7, this effect is lower by 8 kJ/mol, and in an acidic environment the adsorption is the smallest. Доксициклін (DOXY) – це тетрацикліновий антибіотик другого покоління, який широко використовується для лікування шлунково-кишкових та респіраторних інфекцій, малярії, шкірних інфекцій, а також як харчова добавка для стимулювання росту худоби. Доксициклін стає забруднювачем, коли його скидають у водне середовище у вигляді промислових стічних вод без ефективного очищення. Слід відмітити, що залишки доксицикліну виявлені в навколишньому середовищі не лише в природних водах, але й у питній воді. Враховуючи негативний екотоксикологічний вплив DOXY, доречно його видаляти з водного середовища. Серед методів видалення адсорбція є найзручнішим, оскільки адсорбенти легко виробляти, вони досить економічно ефективні та відсутній ризик утворення високотоксичних побічних продуктів. Одним із таких перспективних адсорбентів є нанорозмірні вуглецеві матеріали. Метою роботи є дослідження методами квантової хімії енергетичних параметрів взаємодії графеноподібної площини (ГП) з DOXY в деяких протолітичних формах, які існують при різних значеннях рН водного середовища. Аналіз результатів квантовохімічних розрахунків свідчить, що адсорбція доксицикліну може відбуватись у всьому діапазоні рН водного розчину, на що вказують від’ємні значення ентальпії взаємодії ГП і доксицикліну не залежно від протолітичної форми доксицикліну. Найбільше значення ентальпії адсорбції (∆Надс. = ‑123.3 кДж/моль) має місце для адсорбції молекулярної форми доксицикліну на ГП. Для цвітер-іона доксицикліну ∆Надс. = ‑115.3 кДж/моль). Для депротонованої форми DOXY, яка може існувати при високих значеннях рН водного середовища ∆Надс. становить ‑96,4 кДж/моль. А найменше значення ентальпії взаємодії (‑40.6 кДж/моль) є для адсорбції протонованої форми доксицикліну графеноподібною площиною. Отже, адсорбція доксицикліну на графеноподібній площині відбувається в нетральному водному середовищі. При рН>7 цей ефект нижчий на 8 кДж/моль, а в кислому середовищі адсорбція є найменшою. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-11-26 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/797 10.15407/Surface.2025.17.072 Surface; No. 17(32) (2025): Surface; 72–90 Поверхность; № 17(32) (2025): Поверхня; 72–90 Поверхня; № 17(32) (2025): Поверхня; 72–90 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2025.17 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/797/809 Авторське право (c) 2025 Є. M. Дем’яненко, О. В. Хора, О. В. Маркітан, Н. А. Гаврилюк, Б. М. Горєлов, Д. В. Щур, В. В. Лобанов |
| spellingShingle | доксициклін графеноподібна площина кластерне наближення напівемпіричні методи дослідження Дем’яненко, Є. M. Хора, О. В. Маркітан, О. В. Гаврилюк, Н. А. Горєлов, Б. М. Щур, Д. В. Лобанов, В. В. Квантовохімічне дослідження адсорбції доксицикліну на графеноподібній площині |
| title | Квантовохімічне дослідження адсорбції доксицикліну на графеноподібній площині |
| title_alt | Quantum chemical study of doxycycline adsorption on a graphene-like plane |
| title_full | Квантовохімічне дослідження адсорбції доксицикліну на графеноподібній площині |
| title_fullStr | Квантовохімічне дослідження адсорбції доксицикліну на графеноподібній площині |
| title_full_unstemmed | Квантовохімічне дослідження адсорбції доксицикліну на графеноподібній площині |
| title_short | Квантовохімічне дослідження адсорбції доксицикліну на графеноподібній площині |
| title_sort | квантовохімічне дослідження адсорбції доксицикліну на графеноподібній площині |
| topic | доксициклін графеноподібна площина кластерне наближення напівемпіричні методи дослідження |
| topic_facet | doxycycline graphene-like plane cluster approach semi-empirical research methods доксициклін графеноподібна площина кластерне наближення напівемпіричні методи дослідження |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/797 |
| work_keys_str_mv | AT demânenkoêm quantumchemicalstudyofdoxycyclineadsorptiononagraphenelikeplane AT horaov quantumchemicalstudyofdoxycyclineadsorptiononagraphenelikeplane AT markítanov quantumchemicalstudyofdoxycyclineadsorptiononagraphenelikeplane AT gavrilûkna quantumchemicalstudyofdoxycyclineadsorptiononagraphenelikeplane AT gorêlovbm quantumchemicalstudyofdoxycyclineadsorptiononagraphenelikeplane AT ŝurdv quantumchemicalstudyofdoxycyclineadsorptiononagraphenelikeplane AT lobanovvv quantumchemicalstudyofdoxycyclineadsorptiononagraphenelikeplane AT demânenkoêm kvantovohímíčnedoslídžennâadsorbcíídoksiciklínunagrafenopodíbníjploŝiní AT horaov kvantovohímíčnedoslídžennâadsorbcíídoksiciklínunagrafenopodíbníjploŝiní AT markítanov kvantovohímíčnedoslídžennâadsorbcíídoksiciklínunagrafenopodíbníjploŝiní AT gavrilûkna kvantovohímíčnedoslídžennâadsorbcíídoksiciklínunagrafenopodíbníjploŝiní AT gorêlovbm kvantovohímíčnedoslídžennâadsorbcíídoksiciklínunagrafenopodíbníjploŝiní AT ŝurdv kvantovohímíčnedoslídžennâadsorbcíídoksiciklínunagrafenopodíbníjploŝiní AT lobanovvv kvantovohímíčnedoslídžennâadsorbcíídoksiciklínunagrafenopodíbníjploŝiní |