Modelling of a continuous pharmaceutical synthesis for control purposes

diplomski rad

• Naslov (hrvatski): Modeliranje kontinuirane farmaceutske sinteze u svrhu vođenja procesa
• Autor: Marinela Bosnar
• Mentor: Nenad Bolf (mentor)
• Član povjerenstva: Nenad Bolf (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Željka Ujević Andrijić (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Vesna Tomašić (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije; Zagreb
• Datum i država obrane: 2024-12-17, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Kemijsko inženjerstvo

Sažetak

This work investigates the modelling and sensitivity analysis of the Simmons-Smith reaction, a critical process for the synthesis of cyclopropanes, in a plug flow reactor (PFR) for continuous pharmaceutical synthesis. Using dibromomethane and cyclohexene as substrate, the study replaces the conventional copper catalyst with grated zinc, which represents a simplified and potentially more sustainable approach. A dynamic model was developed to predict the reaction behaviour under different operating conditions, such as temperature and flow rate, allowing better control of the reaction dynamics. The analysis showed that higher temperatures and slower flow rates improve reactant conversion and product yield, while lower temperatures and higher flow rates reduce reaction efficiency. Sensitivity tests revealed a lag between the changes in the input variables and the observable effects, emphasising the importance of understanding transient dynamics. The models for two experimental setups showed agreement with the observed data, although some deviations highlighted the need for refinements, particularly in thermal and kinetic representations.
The results emphasise the potential of PFR systems for scalable, efficient and controlled organometallic reactions. This study advances the application of continuous flow systems in pharmaceutical production and promotes sustainable synthesis technologies.

Sažetak (hrvatski)

Ovaj diplomski rad istražuje modeliranje i analizu osjetljivosti Simmons-Smithove reakcije, važnog procesa za sintezu ciklopropana, unutar idealnog reaktora s čepolikim strujanjem za kontinuiranu farmaceutsku sintezu. Koristeći dibromometan i cikloheksen kao supstrat, u ovom radu se zamjenjuje bakar kao konvencionalni katalizator s cinkom nudeći pojednostavljeni i potencijalno održiviji pristup. Razvijen je dinamički model za predviđanje vladanja procesa reakcije pod različitim radnim uvjetima, kao što su temperatura i protok. Analiza je otkrila da više temperature i manji protoci povećavaju konverziju reaktanata i prinos proizvoda. Testiranje osjetljivosti utvrdilo je kašnjenje između promjena parametara i vidljivih učinaka, naglašavajući važnost razumijevanja dinamičkog vladanja procesa.
Modeli koji opisuju provedene eksperimente donekle prate eksperimentalne rezultate, iako su neka odstupanja istaknula potrebu za poboljšanjima. Dobiveni rezultati naglašavaju potencijal ovakvih sustava za skalabilne, učinkovite i kontrolirane organometalne reakcije.
Ovo istraživanje unaprjeđuje primjenu protočnih reaktorskih sustava u farmaceutskoj proizvodnji, promičući održive tehnologije sinteze.

• Ključne riječi: Simmons-Smith reaction; process control; process modelling; plug flow reactor; pharmaceutical synthesis
• Ključne riječi (hrvatski): Simmons-Smithova reakcija; vođenje procesa; modeliranje procesa; reaktor s čepolikim strujanjem; farmaceutska sinteza
• Jezik: engleski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:166841
• Studijski program: Naziv: Kemijsko inženjerstvo; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: diplomski; Akademski / stručni naziv: sveučilišni/a magistar/magistra inženjer/inženjerka kemijskog inženjerstva (univ. mag. ing. cheming.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Rad dostupan nakon; Datum isteka embarga: 2027-01-01
• Datum i vrijeme pohrane: 2024-12-18 09:45:10