Hydroxide kép Cu-Al: Tổng hợp và khảo sát khả năng xúc tác cho phản ứng alkyl hóa indole sử dụng tác chất benzaldehyde

TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T6- 2016 
 Trang 95 
Hydroxide kép Cu-Al: Tổng hợp và khảo sát 
khả năng xúc tác cho phản ứng alkyl hóa 
indole sử dụng tác chất benzaldehyde 
 Nguyễn Hoàng Thanh Trúc 
 Trần Hoàng Phương 
 Nguyễn Quốc Chính 
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG–HCM 
( Bài nhận ngày 21 tháng 07 năm 2016, nhận đăng ngày 05 tháng 12 năm 2016) 
TÓM TẮT 
Hydroxide kép sau khi nung được ứng dụng 
rộng rãi để làm xúc tác cho các phản ứng hữu cơ. 
Trong bài báo này, chúng tôi điều chế hydroxide 
kép (Cu-Al)-CO3 (kí hiệu HT-Cu-Al) với tỷ lệ mol 
kim loại Cu/Al (3:1) bằng phương pháp đồng kết 
tủa, sau đó sản phẩm được nung ở 500 oC trong 
không khí. Cấu trúc và tính chất của hydroxide kép 
trước và sau khi nung được phân tích thông qua 
các phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử 
(ICP), nhiễu xạ tia X (XRD), hiển vi điện tử quét 
(SEM), phân tích nhiệt (TGA). Vật liệu sau khi 
nung ở 500 oC được ứng dụng làm xúc tác cho 
phản ứng alkyl hóa indole với tác chất là 
benzaldehyde và các dẫn xuất. Ưu điểm của xúc 
tác này so với các acid Lewis truyền thống là cho 
hiệu suất cao và thời gian phản ứng ngắn. 
Từ khóa: hydroxide kép, hydroxide kép Cu-Al, alkyl hóa indole, kích hoạt vi sóng 
MỞ ĐẦU 
Hydroxide kép hay khoáng sét anion (sét trao 
đổi anion) đã và đang được nghiên cứu rộng rãi 
như một vật liệu xúc tác. Đây là loại vật liệu có 
tiềm năng trong nhiều ứng dụng như quang hóa 
học, điện hóa học, sinh y học, môi trường và xúc 
tác. Hydroxide kép được nung tạo ra hỗn hợp 
oxide có tâm acid Lewis, từ đó vật liệu hydroxide 
kép nung được nhận thấy có những ứng dụng đặc 
biệt trong nhiều phản ứng hữu cơ [1]. 
Hydroxide kép có cấu tạo dạng lớp gồm: Lớp 
hydroxide [M
2+
1-xM
3+
x(OH)2]
x+
 là hỗn hợp của các 
hydroxide của kim loại hóa trị (II) và (III) trong đó 
một phần kim loại hóa trị (II) được thay thế bằng 
kim loại hóa trị (III) nên mang điện tích dương, tại 
đỉnh là các nhóm OH, tâm là các kim loại, có cấu 
trúc tương tự như cấu trúc brucite trong tự nhiên. 
Lớp xen giữa [An-x/n].mH2O là các anion mang điện 
tích âm và các phân tử nước nằm xen giữa lớp 
hydroxide, trung hòa lớp điện tích dương của lớp 
hydroxide. Lớp hydroxide kép liên kết với lớp xen 
giữa bằng lực hút tĩnh điện. Liên kết giữa các phân 
tử nước và các anion trong lớp xen giữa là liên kết 
hydrogen [1-4]. 
Trong nghiên cứu này, chúng tôi khảo sát quá 
trình điều chế hydroxide kép bằng phương pháp 
đồng kết tủa chứa dung dịch Cu2+ và Al3+, việc 
thay thế kim loại chuyển tiếp vào cấu trúc nền 
khoáng hydrotalcite [Mg6Al2(OH)16](CO3).4H2O 
để khảo sát khả năng xúc tác cho phản ứng hữu cơ 
của các tâm acid Lewis trong vật liệu. Vật liệu điều 
chế được phân tích thành phần hóa học, cấu trúc và 
hình thái tinh thể, các biến đổi khi nung và diện 
tích bề mặt riêng bằng phương pháp chuẩn độ 
complexon, nhiễu xạ tia X (XRD), phân tích nhiệt 
(TGA), kính hiển vi (SEM). Sau đó, các mẫu 
nghiên cứu được khảo sát khả năng xúc tác cho 
phản ứng alkyl hóa indole với các dẫn xuất 
benzaldehyde. 
Science & Technology Development, Vol 19, No.T6-2016 
Trang 96 
Dẫn xuất indole được biết đến trong một loạt 
các hợp chất có hoạt tính dược và sinh học. Thí dụ 
sản phẩm bisindolyl và các dẫn xuất được tìm thấy 
trong các chất chuyển hóa hoạt tính sinh học có 
nguồn gốc từ biển và đất liền. Vì vậy việc tổng hợp 
các hợp chất này đang là mối quan tâm lớn. Để 
tăng hiệu suất phản ứng của indole và aldehyde 
hoặc ketone, các nghiên cứu trước đó đã sử dụng 
các chất xúc tác có tính acid Lewis, acid Bronsted 
hay đất sét montmorillonite [5-6]. 
Trong báo cáo này, chúng tôi muốn giới thiệu 
xúc tác acid Lewis có hiệu quả cao trong việc làm 
xúc tác cho phản ứng này đó là hydroxide kép 
(HT). Các phản ứng được thực hiện trong lò vi 
sóng chuyên dùng Discover (CEM). Phương trình 
phản ứng: 
Hình 1. Phản ứng của indole với các aldehyde hoặc ketone được xúc tác bởi xúc tác hydroxide kép Cu-Al nung 500 oC 
(HT-Cu-Al–500). 
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 
Tổng hợp và phân tích các mẫu hydroxide kép 
Tổng hợp hydroxide kép Cu-Al 
Xúc tác hydroxide kép được tổng hợp bằng 
phương pháp đồng kết tủa hỗn hợp muối nitrate 
của các kim loại với dung dịch base 
NaOH/Na2CO3. Chuẩn bị dung dịch A chứa 50 mL 
muối nitrate kim loại chứa Al3+ (0,02 mol) và Cu2+ 
(0,06 mol). Dung dịch B chứa 500 mL dung dịch 
base với 6 g NaOH và 12,4 g Na2CO3. Nạp dung 
dịch A vào buret và nhỏ từ từ với tốc độ 1,50 
mL/phút xuống becher chứa sẵn 500 mL dung dịch 
B. Hỗn hợp phản ứng được khuấy trộn liên tục 
bằng máy khuấy từ với tốc độ 500 vòng/phút và 
giữ pH ổn định trong khoảng 10. Sau khi nhỏ hết 
dung dịch hỗn hợp muối kim loại, tiếp tục khuấy 
thêm 15 phút. Sau đó đem đi già hóa ở nhiệt độ 60 
o
C trong 24 giờ. Lọc và rửa kết tủa nhiều lần rồi 
sấy ở 80 oC trong 24 giờ. Nghiền mịn và thu sản 
phẩm qua rây. Sản phẩm được nung ở 500 oC trong 
4 giờ được dùng làm xúc tác. 
Các phương pháp phân tích mẫu xúc tác 
Mẫu xúc tác được phân tích nhiễu xa tia X, 
thiết bị được sử dụng là máy D2 Phaser của hãng 
Bruker (Đức) với bức xạ Cu Kα, góc 2θ quét từ 5–
70
o, bước nhảy góc 2θ là 0.02o. Kính hiển vi điện 
từ quét được thực hiện trên máy FE SEM S4800 
HITACH (Nhật Bản). Đo diện tích bề mặt, hấp thu 
đẳng nhiệt khí nitrogen được thực hiện trên máy 
Quantachrome Instruments. Phân tích nhiệt trọng 
lượng được thực hiện trên máy TGAQ500. Phân 
tích thành phần nguyên tố được thực hiện bằng 
phương pháp phân tích quang phổ phát xạ nguyên 
tử ICP – OES với máy optima 4300DY Perkin 
Elmer. 
Phân tích sản phẩm 
Khối lượng các chất phản ứng được cân chính 
xác bằng cân điện tử Sartorius GP-1503P. Các mẫu 
phản ứng được chiếu xạ vi sóng và thực hiện trong 
lò vi sóng chuyên dùng Discover (CEM), máy cô 
quay chân không Heidolph Laborora 4001. Sản 
phẩm được xác định cấu trúc bằng máy GC-MS 
Agilent: GC: 7890A – MS: 5975C. Cột: HP-5MS 
và bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR và 
13
C-NMR được đo trong dung môi CDCl3 trên máy 
Brucker 500 MHz với nội chuẩn TMS. 
Quy trình tổng quát: Phản ứng được thực hiện 
trong máy vi sóng chuyên dùng với mẫu xúc tác 
HT-Cu-Al_500. Cho vào ống nghiệm vi sóng 
chuyên dùng hỗn hợp gồm benzaldehyde (0.106 g, 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T6- 2016 
 Trang 97 
1 mmol, indole (0,234 g, 2 mmol) và xúc tác HT-
Cu-Al–500 (0,02 g). Sau khi phản ứng kết thúc thì 
để ống nghiệm nguội đến nhiệt độ phòng và tiến 
hành trích ly sản phẩm. Sản phẩm được ly trích với 
nước và ethyl acetate (3×5 mL). Lớp hữu cơ được 
rửa với dung dịch NaHCO3 bão hòa (3×5 mL) và 
nước (3×5 mL). Hỗn hợp sản phẩm được làm khan 
bằng Na2SO4 và cô quay thu hồi dung môi. Hiệu 
suất cô lập được xác định sau khi tiến hành sắc ký 
cột. Cơ cấu sản phẩm được định danh bằng GC–
MS và 
1
H-NMR, 
13
C-NMR. 
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Kết quả phân tích phổ phát xạ nguyên tử ICP 
Kết quả phân tích thành phần mẫu được thể 
hiện trong Bảng 1. Có thể nhận thấy rằng, tỷ lệ 
Cu/Al lúc sau là 2,923:1, thấp hơn tỷ lệ ban đầu 
cần điều chế một chút. Nguyên nhân có thể là do 
ngoài khoáng hydrotalcite còn có các thành phần 
hydroxide đơn của đồng, nhôm và đồng oxide. Các 
hydroxide này tồn tại ở trạng thái vô định hình nên 
không thể quan sát được trên giãn đồ XRD. Nhận 
thấy sự xuất hiện của đồng oxide trong giãn đồ 
XRD (Hình 3), có thể chúng được hình thành trong 
quá trình đồng kết tủa và quá trình ủ nhiệt khi điều 
chế vật liệu. 
Bảng 1. Tỷ lệ thành phần các nguyên tố 
STT Ký hiệu mẫu nCu nAl Tỷ lệ theo số mol 
1 HT-Cu-Al 0,2128 0,0728 2,923:1 
Giản đồ TGA 
Giản đồ phân tích nhiệt TG của mẫu HT-Cu-Al được trình bày trong Hình 1 
Hình 1. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của mẫu hydroxide kép Cu-Al. 
Khi tác động nhiệt lên mẫu, xuất hiện 3 hiệu 
ứng thu nhiệt kèm với việc giảm khối lượng ở mẫu 
(1) Quá trình giảm khối lượng từ 5 oC–75 oC là do 
mất nước hút ẩm. (2) Quá trình giảm khối lượng từ 
75 
o
C–200 oC là do mất nước kết tinh giữa các lớp 
xen giữa. (3) Quá trình giảm khối lượng từ 200 oC–
500 
o
C là do mất nước cấu trúc và phân hủy 
carbonate. Từ giản đồ phân tích nhiệt của mẫu HT-
Cu-Al, chúng tôi chọn nhiệt độ nung của mẫu 
hydroxide kép là 500 
o
C trong vòng 4 giờ để 
chuyển hóa thành hỗn hợp oxide, sử dụng làm chất 
xúc tác cho phản ứng alkyl hóa indole. 
Science & Technology Development, Vol 19, No.T6-2016 
Trang 98 
Kết quả kính hiển vi điện tử quét
 (A) (B) (C) 
Hình 2. Ảnh SEM của mẫu hydroxide kép Cu-Al nung ở 500 oC trong 4 giờ ở các độ phóng đại khác nhau (A) độ 
phóng đại 10000 lần, (B) độ phóng đại 20000 lần, (C) độ phóng đại 60000 lần. 
Ảnh SEM của mẫu HT-Cu-Al nung ở 500 oC 
trong 4 giờ cho thấy sản phẩm thu được có dạng 
kết tụ các phiến mỏng đặc trưng của hydroxide 
kép. 
Kết quả phân tích nhiễu xạ bột tia X của các 
mẫu hydroxide kép Cu-Al. 
Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu hydroxide kép 
khác với mẫu xúc tác sau khi nung ở 500 oC trong 
4 giờ. Mẫu hydroxide kép trước khi nung (Hình 3) 
xuất hiện các mũi có vị trí và cường độ trùng khớp 
với các mũi đặc trưng của khoáng hydrotalcite Cu-
Al, chứng tỏ sự hình thành một loại khoáng là 
hydrotalcite với tỷ lệ M(II)/M(III) trong sản phẩm 
là 3/1. Bên cạnh đó có sự xuất hiện mũi đặc trưng 
của đồng oxide nhưng với cường độ thấp có thể do 
hình thành trong quá trình ủ nhiệt.
Hình 3. Giãn đồ nhiễu xạ tia X của mẫu hydroxide kép Cu-Al. 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T6- 2016 
 Trang 99 
Hình 4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu xúc tác hydroxide kép Cu-Al nung ở 500 oC trong 4 giờ 
Đường nền phổ của mẫu hydroxide kép trước 
khi nung nhìn chung có phần gồ ghề, chứng tỏ độ 
tinh thể hóa chưa cao. 
Phổ XRD của mẫu HT-Cu-Al sau khi nung ở 
500 
o
C trong 4 giờ (Hình 4) xuất hiện những mũi 
đặc trưng của nhôm oxide, đồng (II) oxide và còn 
có mũi của sidium nitrate có thể còn lại trong quá 
trình đều chế mẫu. 
Khảo sát khả năng phản ứng của xúc tác trong phản ứng của indole và các dẫn xuất benzaldehyde 
Sơ đồ 2. Phản ứng của indole với benzaldehyde được xúc tác bởi xúc tác HT-Cu-Al_500 
Bảng 2. Khảo sát các điều kiện nhiệt độ, thời gian của xúc tác HT-Cu-Al–500 trên phản ứng của indole và 
benzaldehyde 
STT Nhiệt độ 
(
o
C) 
Khối lượng xúc 
tác (%)
a 
Tỷ lệ 
indole:benzaldehyde 
Thời gian 
(phút) 
Hiệu suất 
(%)
b 
1 100 10 2:1 20 9 
2 120 10 2:1 20 62 
3 160 10 2:1 3 83 
4 160 10 2:1 10 94 
5 160 1 2:1 10 68 
6 160 10 3:1 10 42 
7 140 10 4:1 10 90 
aKhối lượng chất xúc tác được tính theo phần trăm khối lượng indole 
bHiệu suất cô lập 
Science & Technology Development, Vol 19, No.T6-2016 
Trang 100 
Điều kiện tối ưu cho phản ứng là chiếu vi sóng 
trong 10 phút ở 160 oC, tỷ lệ mol 
benzaldehyde:indole là 1:2, khối lượng xúc tác là 
0,02 g. Sau khi tiến hành tối ưu hóa nhiệt độ, thời 
gian thu được hiệu suất tối đa là 94 %. Từ các khảo 
sát trên, chúng tôi tiến hành phản ứng sử dụng xúc 
tác HT-Cu-Al–500 trên một số chất nền dẫn xuất 
benzaldehyde thu được kết quả trong Bảng 3. 
Bảng 3. Khảo sát phản ứng của indole và một số dẫn xuất của benzaldehyde với xúc tác HT-Cu-Al–
500 
STT Chất nền Điều kiện phản 
ứng 
Sản phẩm Hiệu suất (%) 
1 
160
o
C, 10 phút 
94 
2 
160
o
C, 10 phút 
83 
3 
160
o
C, 10 phút 
98 
Từ kết quả thực nghiệm cho thấy, sự xuất hiện 
của nhóm đẩy methyl ở vị trí para trên vòng 
benzaldehyde làm giảm hiệu suất phản ứng. Điều 
này được giải thích là do nhóm methyl cho điện tử 
vào vòng làm cho carbon trong nhóm carbonyl bớt 
dương điện và kết quả là indole khó tác kích thân 
hạch vào. Ngược lại, khi gắn nhóm thế fluoro rút 
điện tử thì hiệu suất tổng hợp bisindolyl tăng lên 
do nhóm thế fluoro làm carbon trong nhóm 
carbonyl nghèo điện tử và indole dễ dàng tác kích 
vào. 
Các sản phẩm sau khi cô lập được định danh 
bằng 1H-NMR và 13C-NMR: 
3-((1H-indol-3-yl)(phenylmethyl)-1H-indole
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T6- 2016 
 Trang 101 
1
H – NMR (500 MHz, CDCl3) δ = 7,90 (s, 2H); 7,41 – 7,39 (d, J = 8,0 Hz, 2H); 7,36 – 7,34 (t, J = 6,0 
Hz, 4H); 7,30 – 7,27 (t, J = 7,5 Hz, 2H); 7,23 – 7,20 (t, J = 7 Hz, 1H); 7,19 – 7,16 (t, J = 7,5 Hz, 2H); 7,02 – 
6,99 (t, J = 8 Hz, 2H); 6,63 (s, 2H); 5,89 (s, 1H). 
13
C NMR (125 MHz, CDCl3) δ = 144,0; 136,7; 128,7; 
128,2; 127,1; 126,1; 123,6; 121,9; 119,9; 119,7; 119,2; 111,0. 
3-((1H-indol-3-yl)(p-tolylmethyl)-1H-indole 
1
H – NMR (500 MHz, CDCl3) δ = 7,90 (s, 2H); 7,41 – 7,39 (d, J = 8 Hz, 2H); 7,35 – 7,34 (d, J = 8 Hz, 2H); 
7,24 – 7,23 (d, J = 8,0 Hz, 2H); 7,18 – 7,15 (t, J = 7 Hz, 2H); 7,09 – 7,08 (d, J = 7,5 Hz, 2H); 7,02 – 6,99 (t, 
J = 7,5 Hz, 2H); 6,66 (s, 2H); 5,85 (s, 1H). 
13
C NMR (125 MHz, CDCl3) δ = 141,0; 139,7; 136,7; 135,5; 
130,2; 128,9; 128,6; 127,1; 126,2; 123,6; 121,9; 121,2; 120,0; 119,9; 119,2; 115,0; 111,0. 
3-((4-flourophenyl)(1H-indol-3-yl)methyl)-1H-indole 
1
H – NMR (500 MHz, CDCl3) δ = 7,95 (s, 2H); 7,38 – 7,35 (t, J = 7,0 Hz, 4H); 7,31 – 7,28 (q, J = 5,5 Hz, 
2H); 7,19 – 7,16 (t, J = 7,5 Hz, 2H); 7,03 – 7,00 (t, J = 8,0 Hz, 2H); 6,98 – 6,94 (t, J = 8,5 Hz, 2H); 6,64 (s, 
2H); 5,87 (s, 1H). 
13
C NMR (125 MHz, CDCl3) δ = 161,4 (d, J = 243,9 Hz); 139,7; 136,7; 130,1 (d, J = 7,9 
Hz); 126,9; 123,5; 122,0; 119,9; 119,6; 119,3; 114,9 (d, J = 21,2 Hz); 111,1. 
KẾT LUẬN 
Qua kết quả thực nghiệm, chúng tôi có thể rút 
ra các kết luận sau: đã điều chế được vật liệu 
hydroxide kép Cu-Al bằng phương pháp đồng kết 
tủa từ dung dịch chứa Cu2+ và Al3+ với tỉ lệ tác chất 
M(II)/M(III) (3:1). Vật liệu thu được có thành phần 
pha chủ yếu là khoáng hydrotalcite, cấu trúc dạng 
kết tụ của các phiến mỏng đặc trưng của vật liệu 
hydroxide kép. Phản ứng alkyl hóa indole sử dụng 
tác chất benzaldehyde trong xúc tác hydroxide kép 
Cu-Al nung 500 
o
C cho hiệu suất cao với thời gian 
phản ứng ngắn. 
Lời cám ơn: Phần tổng hợp bisindolyl được 
tài trợ bởi Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh 
(ĐHQG-HCM) trong khuôn khổ Đề tài mã số 
HS2014-18-01. 
Science & Technology Development, Vol 19, No.T6-2016 
Trang 102 
Layered double hydroxides Cu-Al: Synthetic 
and catalytic applications in the alkylation 
reaction of indole with benzaldehydes 
 Nguyen Hoang Thanh Truc 
 Tran Hoang Phuong 
 Nguyen Quoc Chinh 
University of Science, VNU-HCM 
ABSTRACT 
Layered double hydroxides derived Cu-Al 
metal oxides were found to be an efficient catalytic 
reagent for the reaction of indole benzaldehydes. 
In this report, we prepared series of (Cu/Al)-CO3 
layered double hydroxides with the unchanging 
ratio of Cu/Al = 3 : 1 and it was subsequently 
calcinated in air at 500 
o
C. The materials were 
characterized by means of Inductively Coupled 
Plasma emission (ICP), X-ray Diffraction (XRD), 
Scanning Electron Microscopy (SEM) and, 
thermogravimetry (TG). The materials were 
calcinated at 500 
o
C and tested as catalysts in the 
alkylation reaction of indole with benzaldehydes. 
Key words: layered double hydroxides, layered double hydroxides Cu-Al, microwave irradiation, 
bisindolyl 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. S.M. Auerbach, K.A. Carado, K. Prabir, Dutta, 
Handbook of Layered Materials, Marcel 
Dekker, 373–420 (2004). 
[2]. X. Duan, D.G. Evans, Structure and Bonding: 
Layer double hydroxides, Springer (2004). 
[3]. F. Cavani, F.Trifiro, A.Vaccari, Hydrotalcite-
type anionic clays: preparation, properties and 
applications, Catalysis Today, 11, 173–301 
(1991). 
[4]. M.R. Othman, Z. Helwani, Martunus, W.J.N. 
Fernando, Synthetic hydrotalcites from 
different routes and their application as 
catalysts and gas adsorbents: a review, Applied 
Organometallic Chemistry, 23, 335–346 
(2009). 
[5]. S.J. Ji, S.Y. Wang, Y. Zhang, T.P. Loh, Facile 
synthesis of bis (indolyl) methanes using 
catalytic amount of iodine at room temperature 
under solvent-free conditions, Tetrahedron, 60, 
2051–2055 (2004). 
[6]. X. Mi, S. Luo, J. He, J.P. Cheng, Dy(OTf)3 in 
ionic liquid: an efficient catalytic system for 
reactions of indole with aldehydes/ketones or 
imines, Tetrahedron Letters, 45, 4567–4570 
(2004).