ABSTRACT Introduction. The mathematical modeling of the pollutant-decontaminant agent interactions is a tool of recent use to facilitate the management of hydric resources in the environment. This paper studies the interactions between two pesticides of high environmental stability that cause severe damage to health: chlordecone (CLD) and β-hexachlorocyclohexane (β-HCH) and their corresponding analogous ones labeled with radioiodine (ICLD and I-β-HCH), with natural cyclodextrins (α-, β-, and γ-CD). Methods. The Multiples Minima Hypersurface methodology, quantum chemistry calculations based on the Density Functional Theory and a topological study of the pollutants and their radiotracers with the symmetrical conformers of the three CD. The Basis Set Superposition Error existent in DFT calculations was mitigated employing a modification to Counterpoise method developed in this work. The formation of nanoaggregates was also experimentally addressed for β-HCH@CD complexes. Results. The complexes formed were classified according to the occlusion of the pollutant inside CD cavity as: total occlusion, partial occlusion and external interaction (non-occlusion). The more stable complexes were obtained when the γ-CD is the host molecule, as it was confirmed experimentally by means of results of spectroscopic and electron microscopy analysis. The possibility of using ICLD and I-β-HCH as radiotracers analogous to pesticides studied was theoretically demonstrated. Conclusions: These results suggest the utility of these nanoaggregates in the separation of these pollutants and the possibility of using CD for the management, purification and treatment of water.

RESUMEN Introducción. La modelación matemática de las interacciones contaminante-agentes descontaminantes es una herramienta de uso reciente para facilitar el manejo del recurso hídrico en el medio ambiente. El presente trabajo estudia la interacción entre 2 plaguicidas de elevada estabilidad ambiental que causan severas afectaciones a la salud: la clordecona (CLD) y el β-hexaclorociclohexano (β-HCH) y sus respectivos análogos marcados con radioyodo (ICLD y I-β-HCH), con ciclodextrinas naturales (α-, β- y γ-CD). Métodos. La metodología de Hipersuperficie de Múltiples Mínimos, cálculos cuánticos basados en la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) y un estudio topológico de la densidad electrónica se emplearon para caracterizar el espacio de interacción de los contaminantes y sus radiotrazadores con los confórmeros simétricos de las 3 CD. El error de superposición de bases existente en los cálculos DFT se mitigó usando una modificación al método de contrapeso desarrollada en este trabajo. La formación de los nanoagregados para el caso de los complejos β-HCH@CD se comprobó experimentalmente. Resultados. Los complejos formados se clasificaron a partir del grado de oclusión del contaminante en la cavidad de la CD como: oclusión total, oclusión parcial e interacción externa (no oclusión). Los complejos más estables se obtuvieron cuando la γ-CD es la molécula anfitriona, lo que se confirmó experimentalmente a partir de resultados espectroscópicos y análisis de microscopía electrónica. Se demostró teóricamente la posibilidad de usar la ICLD y el I-β-HCH como radiotrazadores análogos a los plaguicidas estudiados. Conclusiones: Estos resultados demostraron la utilidad de estos complejos en la separación de estos contaminantes de las aguas.

Chlordecone (CLD) has been used as a pesticide for a long time to control the proliferation of various insects in tropical countries like the French West Indies. CLD was included in 2009 in the list of persistent organic pollutants (POPs) by the Stockholm Convention, prohibiting its production and use worldwide. Thus, its removal from water and soils is a sanitary emergency. With the purpose of limiting impregnation of the population by chlordecone in Martinique and Guadeloupe, since 1999 production and drinking water purification installations have been equipped with activated carbon filters without much knowledge on the adsorption mechanism of these pollutants on activated carbons (AC) surface. This article reviews the available information about how functionalized activated carbons can be used for improving the decontamination of polluted with CLD waters. The recent computational investigations about the CLD interactions with functionalized AC by molecular modeling are well-reviewed, considering geometrical and energetic features with the purpose of better understand the adsorption process. Finally, some aspects, trends, and perspectives on using computational tools for understanding the adsorption of CLD on AC and designing more efficient AC are also discussed.

Chlordecone is a synthetic organo chlorinated compound that has been used as pesticide. It has been identified and listed as persistent organic pollutant by the Stockholm Convention. The use of activated carbon filters is one of the most widely popular solutions for water decontamination. The chlordecone labeled with radioactive iodine (1-iodochordecone) is a potential radioactive tracer for studying adsorption, environmental availability and bio-distribution of chlordecone. The selection of the best suited activation carbon for this type of contaminants is mainly an empiric process, increasing the costs of research. A simplified activation carbon model, consisting of a seven ring graphene sheet with a functional group (carboxylate) was used to assess the interaction of chlordecone and 1-iodochlordecone with this surface group under neutral pH conditions over the adsorption process. The Multiple Minima Hypersurface methodology with the semiempirical Hamiltonian PM7 was used. The results indicate that for carboxylate, in neutral conditions, significant associations appear which suggest chemisorption in activated carbon. No significant differences were observed for the interactions of chlordecone and 1-iodochlordecone with carboxylate, making 1-iodochlordecone a good candidate as a radioactive tracer in medical research

La clordecona es un compuesto organoclorado sintético, empleado como insecticida agrícola y clasificado como contaminante orgánico persistente de aguas y suelos por la Convención de Estocolmo. El uso de carbones activados es una metodología muy popular para la purificación de aguas contaminadas con contaminantes orgánicos persistentes. La clordecona marcada con yodo radiactivo (1-yodoclordecona) puede ser un radiotrazador adecuado para estudios de adsorción, de disponibilidad medioambiental y biodistribución de la clordecona. La selección del carbón activado más adecuado para la adsorción de clordecona requiere evaluar la eficiencia de una gran cantidad de los mismos, de manera empírica, lo que aumenta los costos de investigación. En el presente trabajo, un modelo simplificado de carbón activado con siete anillos aromáticos (coroneno) y un grupo funcional en el borde (carboxilato) se utilizó para evaluar in silico la influencia de este grupo superficial en la adsorción de la clordecona y la 1-yodoclordecona, bajo condiciones neutras de pH. Para ello se empleó la metodología de Hipersuperficie de Múltiples Mínimos con el hamiltoniano semiempírico PM7. Los resultados obtenidos muestran que para el carboxilato en medio neutro existen asociaciones significativas que sugieren quimisorción de la clordecona en el carbón activado. La 1-yodoclordecona se comporta de manera similar a la clordecona en su interacción con el carboxilato, por lo que constituye un buen candidato a radiotrazador para estudios experimentales