AM MPE ERE E NEW N WSL LET TTE ER  A  Newslettter devoted to RF and MW heating in n the range 1MHz 1 to 20 G GHz www.am mpereeurope e.org ISSN 1361 1-8598   E EDITORIA AL ISSUE 82 8 Septemberr 2014 Editorial ..............................1 ational 15th Interna Conference On Microwave and a High frequency Heating H (AMPERE 20 015) ………………..…………1 Nonthermal Microwave Effects E in Organic Syn nthesis – A Myth thatt Shall Rest in Peac ce ………………..…………3 Events ………………… …….……5 An Afterthou ught: Microwave to t DC using a al metamateria ………………… ………….7 Ampere Disc claimer ………………...……..…8 I am pleased to present in this issue a ccontribution from Prrof. Dariuszz Bogdal. P Professor Bo ogdal is the aauthor and co oauthor of t the well‐kno own books published by b Elsevier a and Blackw well‐Wiley “Microwavve‐Assisted O Organic Syn nthesis: One Hundred Reaction P Procedures” “ ‐Enhanced  and “Microwave‐ P Polymer Cheemistry and Technology””, and has p publisehd m more than 10 00 papers and review a articles. Thiss time, he anounces a and explains t the new loccation of next of AMP PERE 2015 to be held in Cracow. I had the C Conference to enjoy th o opportunity his city som me months a ago and I ca n ensure to all of you th hat it is an i incredible c city due to its monum ments and w warm people e.    P Prof. Oliver Kappe is also a welcom me to our n newsletter. He is thee co‐authorr of 350 p publications and his maain research h interests h have focuseed on multiccomponent reactions, c combinatori al chemistryy and the syynthesis of b biologically active heterocycles in the past. M More recently his research group has been i involved w with enab bling and process including i intensificatio on techn nologies, m microwave a and continuo ous flow chem mistry.  In   this case,, he explaains the temperature measurem ment method dology they use during microwavee‐assisted teests to con nclude that ultimately it is onlly the bullk reaction ure that governs the ou utcome of a temperatu chemical trransformatio on  Finally, thee afterthougght piece iss written as usual by Dr. Metaxas. TThis time he describes a o convert metamaterial‐based system to microwavee signals intto DC energy with an energy effiiciency conveersion near tthe 37%.  I take this opportunity to wish you all the best during the next autum mn months and to invite th you to neext 15  AMP PERE conferrence to be held in Krakow K University of Technology (Cracow, Poland) P durin ng 14th‐17th September, 2015.  Editor Prof. Juan Monzó‐Cabrera ETSI Teleco omunicación n Universidaad Politécnicca de Cartage ena (Spain)   1 TH INTTERNATIO 15 ONAL CO ONFEREN NCE ON MICROW M WAVE AN ND HIGH H F FREQUEN NCY HEA ATING (AMPERE 2 2015)  by P Prof. Dariusz Bogdal Instiitute of Polymer P and Science Tech hnology,  Craccow Univerrsity of Tech hnology  Kraccow, Poland.  A many off you know,, 15th Intern As national C Conference on Micro owave and d High F Frequency H Heating (AM MPERE 2015)) will be 2015 at h hosted from m 14‐17 of September S t the Cracow U University of Technologyy.    The meeeting is held d in Krakow (Cracow  in n  English),, Poland, which is now welll  establish hed as a maajor tourist  destination.. At the height of ssummer, Po oland’s third d largest city throngss with tour groups, alll manner of touristt tack and d countlesss pavement cafés thatt seem to  o occupy everyy cobble of o the main square. Out of season,, late at night n or eveen in the firrst slivers off morningg light, it is clear why so manyy people flock to visit. This magical m city,, situated in the sou utheast of the t country,, between n the Jura uplands and d the Tatraa Mountains, on thee banks off the Wislaa (Vistula)) River, haas one of the best‐‐ 1 15TH H INTERN NATIONAL L CONFER RENCE ON N MICRO OWAVE AN ND HIGH FREQ QUENCY HEATING H G (AMPERE E 2015) preserved medieval p m cityy centers in Europe. D Dozens of churches cover almost every l period and a architectura d are surroun nded by m monasteries  and abbeyss – walking through t the Old Tow wn streets is i like driftin ng back t through thee musty pages of a historical h  n novel.  T The renaissa ance Royal C Castle at Waw wel, the g gothic St Ma ary's Basilica,, the historiccal trade p pavilions off the Cloth h Hall, the former s separate Jew wish city of K Kazimierz, and even t the Nowa Hu uta district, aabsorbed by Krakow t together witth its socialiist‐realist, in ndustrial a architecture, , are all plaaces which make a v visit to Krako ow extremelyy worthwhilee.  T The 15th Ampere 20 015 confereence is o organized b Professor Dariusz Bogdal’s by B  research h group. Hee has over 25 years off research h experiencee in organic aand polymerr chemistrry and carrieed out exten nsive studiess on thee applicatio on of ph hase‐transferr catalysiss (PTC) and microwave e irradiation n for organic and polyymer synthessis as well ass polymerr modificatio on and recyycling. Somee examplees are the reactions on o polymerr matricess, preparatio on and mod dification off polymerrs with active pendant  groups, and d preparattion and invvestigation of o polymerss for den ntal materiaals as well as opticall devices.   He has also a worked as a researrch fellow in n Clemson n University (Clemsson, USA),, Imperial College (London, UK), U Napierr University (Edinburggh, UK), and d Karolinskaa Institutee (Stockholm, Sweden).  F Figure 1: Pano oramic view o of Cracow’s hisstorical center  TThe Confereence will be held in Polland for t the first tim me, and Craacow Univeersity of T Technology will be itss host ‐ a a public u university w with a 70‐yeear old trad dition in e educating hi ghly‐qualifieed engineers.    Now’s th he time for C Cracow! For fu urther info ormation conferen nce please viisit:  http://ampere.pk.ed du.pl  about a 2 thee NONT THERMAL L MICROW WAVE EFF FFECTS IN N ORGANI NIC SYNTH HESIS – A MYTH M THA AT SHALL L REST IN N PEACE  NONTHEERMAL M N MICROWA WAVE EFFEECTS IN O ORGANIC SYNTH HESIS – A A M MYTH TH HAT SHA ALL REST IN PEAC CE  by C C. Oliver Kap ppe Institute of Chemistry, Univversity of Graz Graz, Austria     st published S Since the fir d reports on the use o microwave irradiatio of on to “accelerate” o organic cheemical transformations dating b back to thee pioneeringg studies byy Gedye a Gigueree/Majetich almost 30 yeears ago and t there has be een considerrable controvversy on t the exact reasons why miccrowave i irradiation is s able to enhance − or ottherwise i influence − c chemical reaactions. Much of the d debate has centered on o the issuee if the o observed efffects can in i all instan nces be r rationalized by purely thermal phen nomena ( (thermal microwave effects) or whether w i indeed some effects are connected d to so‐ c called speciific or nontthermal miccrowave e effects. While the existeence and reelevance o specific microwave effects in organic of s synthesis is  still underr discussion n (these e effects can in essence by traced back to s selective heating pheno omena and are a thus t thermal effe ects) most scientists activve in the f field would agree that nonthermal effects do not exist.. These m microwave effects haave often been “ “magical” p postulated in the pastt to result from a d direct, often n stabilizing,, interaction n of the e electromagn netic field d with specific m molecules, in ntermediates, or even trransition s states in thee reaction medium m that is not c connected to a macroscopic chaange in r reaction tem mperature.  T Today, it is more or leess obvious that in m most instaances the observed d rate  effects in microwave‐‐assisted a acceleration organic reactions performed in solution n phase arre the result of purely (bulk) thermall phenom mena. The use of dedicated d commerrcially available (mosstly single‐‐ mode) microwave m rreactors allo ows reaction n mixturess in sealed vessels to be heated veryy rapidly to temperatures far above thee boiling point of the solvvent underr atmosph heric conditions (typicallly up to 300 0 °C and 30 bar). Succh temperatture profiless are difficult to rep produce usin ng standard d conductive heatingg principles. The veryy rapid heating h and d sometime es extremee temperaatures obseervable in microwavee chemistrry make it aapparent thaat based on n applyingg the Arrhen nius relation nship [k = A A exp(‐Ea/RT)], transfo ormations that t requiree several hours when performed in a solventt at refflux tempeerature, may m reach h complettion in a ffew minute es, or even n seconds, using superheated so olvents in a a sealed vessel, v auto oclave‐type, microwavee reactor ((Figure 1).  Work in our laborato ories at the U University off Graz forr the past 15 years has focused on n the inveestigation of microwave e effects in n organic synthesis and in related fieldss d (peptidee synthesiss, nanomatterials and polymerr research, eenzymatic applications),, often involving detaailed reinvesstigations off previoussly publisheed literature e protocols.. Notably,, in all casses where nonthermall microwaave effects have been claimed ourr investigaations haave reveaaled thatt experimental artifaccts mainly co onnected to o erroneous temperatture measurrements and d agitation n/stirring off the reactiion mixturee have beeen responssible for th he originallyy observed phenomen na, rather th han genuinee nonthermal microwaave effects. Importantly,, we havve recognizeed early on that thee general practice by organic chemists c off t e using external infrrared (IR) temperature 3 NONTHERMAL MICROWAVE EFFECTS IN ORGANIC SYNTHESIS – A MYTH THAT SHALL REST IN PEACE sensors in microwave reactors that record the outer surface temperature of the reaction vessel – not the internal reaction temperature – is highly problematic when reliable on‐line temperature data are required, as in kinetic experiments connected to the investigation of   microwave effects. Internal, fast‐responding fiber‐optic (FO) temperature probes are far better suited to accurately monitor the actual reaction temperature during the microwave irradiation process, in particular for strongly microwave absorbing and/or viscous reaction mixtures. Figure 1: Thermal microwave effects in the synthesis of 2‐methylbenzimidazole. The condensation reaction can be accelerated, in agreement with the Arrhenius relationship, from 9 weeks at room temperature, to 5 hours at reflux conditions (~100 °C), to 1 s in a sealed vessel microwave reactor at 270 °C. The reaction vessel (inset) used was a sealed 10 mL Pyrex vessel fitted with an internal temperature probe and magnetic stir bar.  We have recently developed a reliable and practical method to determine accurate reaction temperatures in microwave‐heated transformations based on the use of a simultaneous external IR and internal FO temperature monitoring technique. Importantly, an integrated camera additionally allows the observation of the stirring efficiency (Figure 2). The key advantage of performing a microwave heating experiment with dual IR/FO temperature measurement is that the temperature is recorded simultaneously at two different positions of the reaction vessel. Any significant deviation between the two temperature values will point to    the occurrence of temperature gradients in the reaction mixture, and therefore to mass transfer problems. Only experiments where no temperature differences between the IR and FO sensor are observed throughout the duration of the whole microwave experiment provide assurance that the temperature distribution in the reaction vessel is homogeneous. Under these circumstances, the measured temperature(s) will reflect the genuine reaction temperature throughout the reaction mixture and therefore will provide reliable and reproducible results.  4 EVENTS    Figure 2: Schematic view of a single‐mode microwave cavity highlighting dual external (IR) and internal (FO) temperature control and the location of the built‐in camera (Anton Paar Monowave 300). The inset shows an image taken by the camera (2 mL liquid volume, magnetic stir bar).    Given our experience in microwave‐assisted organic synthesis over the past 15 years and the results communicated in over 100 publications we conclude that ultimately it is only the bulk reaction temperature that governs the outcome of a chemical transformation in solution under microwave conditions. The applied microwave power and thus the electric field strength have little or no direct influence on chemical reactivity, apart from controlling the heating rate of the process. We therefore are of the opinion that the existence of genuine nonthermal microwave effects is a myth and sincerely hope that scientific community will finally accept the fact that microwave chemistry is not “Voodoo Science” but in essence an incredibly effective, safe, rapid, and highly reproducible way to perform an autoclave experiment under strictly controlled processing conditions.  References: Microwave Effects in Organic Synthesis – Myth or Reality? C. O. Kappe, B. Pieber, D. Dallinger, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 1088‐1094.   EVENTS  17th Seminar "Computer Modeling in Microwave Power Engineering" –  Methods and Models for Microwave Processing of Materials March 11‐12, 2015 Bled, Slovenia Organized by Industrial Microwave Modeling Group (IMMG),Department of Mathematical Sciences, WPI, USA, and Laboratory for Simulations of Materials and Processes (LSMP),Institute of Metals and Technology (IMT), Ljubljana, Slovenia 5 EVENTS For more information please visit: http://www.wpi.edu/+CIMS/IMMG/Seminars/   or contact:  Vadim Yakovlev <[email protected]> or Bozidar Sarler <[email protected]>  2015 International Microwave Symposium (IMS2015)  17 ‐ 22 May 2015 in Phoenix, Arizona, USA   Authors are invited to submit technical papers describing original work on radio‐ frequency, microwave, millimeter‐wave, and terahertz (THz) theory and techniques.  For more information please visit: http://www.ims2015.org/   IMPI 49 Symposium June 16‐18, 2015, Kona Kai Resort, San Diego, California, USA  The symposium will accept contributions in all areas of research, development, manufacture, engineering, specification and use of microwave and radio frequency energy systems for non‐communication applications, including food technology, chemical and material processing, and new emerging technologies.   For more information please visit: http://impi.org/wp‐ content/uploads/2014/10/2015_Call_for_Papers _IMPI.pdf     AMPERE 2015 15th International Conference on Microwave and High Frequency Heating Cracow, September 14 ‐ 17, 2015.  The 15th International AMPERE conference on Microwave and High Frequency Heating will be staged at Krakow University of Technology, which is based at Krakow, Poland.   The conference will be held during 14‐17 September 2015. As with previous conferences in the series the first day will be dedicated to staging short course(s). Details will be published online in due course at www.ampereeurope.org  For more information please visit: http://ampere.pk.edu.pl   Process Intensification for safe and sustainable process reindustrialization of Europe September 27th‐October 1st Nice, France  Integrated in the European Congress of Chemical Engineering, EPIC5 provides an excellent opportunity for academics, industrialists and technology providers to present the latest developments on Process Intensification in the academic and industrial sphere and communicate their present views and vision for the future to the largest possible audience.  For more information please visit: http://www.ecce2015.eu/index.php/epic5        6 AN AFTERTH A HOUGHT: MICROWA WAVES TO O DC USIN NG A MET TAMATER RIAL  AN N AFTERTH HOUGHT: M MICROWA AVES TO D DC USING A METAM MATERIALL   Rese earchers at Duke Univerrsity, USA re eport thatt a SRR metaamaterial, in n the form of o an array of five un nit cells, converts a signal at o DC electtricity with h an 900 MHz into efficciency close tto 37%, whicch is comparrable to w what one getts with solarr cells. They used a series of five ffiberglass an nd copper en nergy cond ductors wireed together o on a circuit b board to co onvert micro owaves into 7.3V of electtrical enerrgy.  Lotss of applications are enviisaged from such materials, for instance, a metamatterial coatting could bee applied to o the ceiling of a room m to redirecct and recovver a Wi‐Fi signal thatt would oth herwise be lost, claim the rese earchers. Ano other applicaation could b be to improve the eneergy efficien ncy of appliaances by wirelessly w reecovering po ower that is now lost during use.  A. C. Metaxaas AC Metaxas and Associates Cambridge, UK    A metamateria m l is a mateerial that is not foun nd in natu ure but en ngineered from micrroscopic paarticles of say plasticss or metals arranged in a preccise geomettrical structure. One interestingg aspect off an elecctromagneticc metamateerial is thaat it inco orporates sttructural eleements of sub‐ wavvelength sizees which, od ddly enough,, can affect electrom magnetic waves w of such wavvelengths. A A microwavve metamatterial can be constru ucted from loops of wire know wn as spllit ring resonators (SSRR). Mettamaterials attempting to reroutee or convvert microwaves would have cells in n the mm range.    Figure 1. The five cell metamatterial array w which convertss stray microw wave energy ssuch as from aa wifi o just over 7 V V of dc hub into               7 AMPERE DISCLAIMER           The information contained in this Newsletter is given for the benefit of AMPERE members  All contributions are believed to be correct at the time of printing and AMPERE accepts no responsibility for any damage or liability that may result from information contained in this publication  Readers are therefore advised to consult experts before acting on any information contained in this Newsletter  Association of Microwave Power in Europe for Research and Education (AMPERE Europe) 8
© Copyright 2024 Paperzz
