Synthesis of quaternary ammonium salts using batch and continuous technologies

Marina Ciriani Rodrigues

Key information

Authors:

Marina Ciriani Rodrigues (Marina Ciriani Rodrigues)

Supervisors:

José Rafael Túlio Antunes; José Monteiro Cardoso de Menezes (José Monteiro Cardoso de Menezes)

Published in

July 26, 2017

Abstract

Neste trabalho pretendeu-se estudar a síntese de novos sais quaternários de amónio a partir de recursos renováveis. O trabalho abrange (1) a avaliação dos parâmetros reacionais que mais afetam o rendimento em regime descontínuo e contínuo, mudando um parâmetro de cada vez de forma a obter conhecimento da reação e do mecanismo químico. (2) Desenvolvimento do método analítico de cromatografia líquida de alta pressão (HPLC) de forma a monitorizar a reação e desenvolvimento de um método de purificação e isolamento do produto. (3) Desenvolvimento e verificação de um modelo mecanístico (modelo cinético) e de um modelo empírico (desenho de experiências) de forma a prever o rendimento em diferentes condições reacionais, adquirindo um maior conhecimento do processo, determinando os fatores críticos do processo. (4) Determinação de uma zona experimental a partir dos modelos realizados. (5) Verificação da zona experimental e por fim, (6) comparação entre os modelos mecanísticos e empíricos. Desenvolveu-se um processo para produção de sais quaternários de amónio em regime descontínuo e um processo em regime contínuo. Foi realizada uma abordagem comparativa entre os dois processos. Os sais produzidos têm aplicação na indústria farmacêutica como intermediário para a produção de inibidores da acetilcolinesterase. Neste trabalho, também se propõe um plano de síntese para a produção de uma substância ativa a partir dos sais sintetizados. his project is concerned with the synthesis of novel highly functionalized quaternary ammonium salts from renewable resources. Our approach consisted of (1) evaluating the reaction parameters that can affect the production yield changing one factor at a time stablishing a basic understanding of the reaction in batch and in continuous mode. (2) Developing an analytical method for high performance liquid chromatography analysis and defining an appropriate workup of the crude. (3) Developing and evaluating a mechanistic (kinetics) and an empirical (design of experiments) model to predict the formation of the product and the most relevant reaction constituents in terms of process performance, this way stablishing a deeper understanding of the reaction in batch and in continuous mode. (4) Defining a design space based on the model output, (5) verifying the design space through experimental testing and (6) comparing the two types of models (mechanistical and empirical) that was made. A process was developed for this new plan of synthesis in batch, and a process in continuous, defining and appropriate set-up of the system and comparing the advantages and disadvantages of both. The quaternary ammonium salts synthesized has application in pharmaceutical industrial as an intermediate to produce acetilcolinesterase inhibitors and with this work it is proposed a plan of synthesis to produce an active pharmaceutical ingredient from those salts.