Hỏi đáp

Safrol Là Gì?

26/03/2025 34 Lượt xem

Hỏi: Safrol là gì?

Trả lời: Safrol (còn gọi là safrole) là một hợp chất hữu cơ tự nhiên thuộc nhóm phenylpropanoid. Về cấu trúc, nó bao gồm nhân thơm benzene gắn với một vòng methylenedioxy và một nhánh allyl (propenyl). Công thức phân tử của safrol là C₁₀H₁₀O₂. Ở nhiệt độ phòng, safrol tồn tại dưới dạng chất lỏng dầu không màu hoặc vàng nhạt, có mùi thơm ngọt đặc trưng gợi nhớ đến mùi kẹo hoặc nước xá xị. Safrol hầu như không tan trong nước, nhưng hòa tan tốt trong các dung môi hữu cơ như ethanol, ether... Trong tự nhiên, safrol được thực vật tạo ra như một chất bảo vệ chống côn trùng (chất antifeedant khiến côn trùng không muốn ăn cây chứa nó).

Cấu trúc phân tử Safrol

Cấu trúc phân tử Safrol.

1. Cấu trúc và tính chất hóa học của safrol

Tên gọi khác:
- shikimol
- 5-allylbenzo[d][1,3]dioxol
Tính chất vật lý: Safrol tồn tại ở dạng chất lỏng dầu ở nhiệt độ phòng, không màu đến vàng nhạt (mẫu không tinh khiết có thể ngả vàng). Một số hằng số vật lý tiêu biểu của safrol gồm:
- Mùi: Hương thơm ngọt kiểu “cửa hàng kẹo”, gợi mùi cam thảo và hương xá xị (sassafras) đặc trưng.
- Công thức phân tử: C₁₀H₁₀O₂
- Tỷ trọng: ~1,09 g/cm³ ở 20 °C (nặng hơn nước).
- Nhiệt độ nóng chảy: ~11 °C (safrol có thể kết tinh thành khối trắng khi làm lạnh dưới nhiệt độ này).
- Nhiệt độ sôi: ~232–234 °C (ở áp suất thường).
- Độ tan: Hầu như không tan trong nước (dưới 0,1 g/100 mL), tan tốt trong dung môi hữu cơ như ethanol, ether, chloroform... (cũng như hòa tan được trong các dung môi phân cực trung bình như propylene glycol ở mức độ hạn chế).
Tính chất hóa học:
- Về hoạt tính, safrol mang nối đôi allyl liên hợp yếu với vòng benzen nên có thể tham gia các phản ứng hữu cơ đặc trưng của alkene. Chẳng hạn, safrol cộng hợp dễ dàng với brom tạo dibromide, điều này xác nhận sự hiện diện của liên kết đôi loại allyl trong phân tử. Nhánh allyl cạnh vòng thơm cũng có thể bị oxi hóa: phản ứng oxi hóa mạnh (ví dụ với KMnO4 nóng) sẽ cắt đứt nối đôi, tạo thành acid piperonylic (3,4-methylenedioxybenzoic acid) là acid cacboxylic thơm tương ứng. Ngược lại, oxi hóa có kiểm soát (như ozon phân hoặc qua bước isomer hóa) cho sản phẩm piperonal (heliotropin, tức 3,4-methylenedioxybenzaldehyd) – một aldehyd thơm quý trong công nghiệp hương liệu.
- Ngoài ra, dưới tác dụng của base mạnh, safrol có thể đồng phân hóa thành isosafrol (đồng phân hình học của allylbenzene); đây là bước đầu tiên trong một số tổng hợp hữu cơ quan trọng. Vòng benzen mang nhóm methylenedioxy (mang tính cho điện tử) cũng giúp safrol có khả năng tham gia các phản ứng thế electrophin thơm (như nitro hóa hoặc alkyl hóa vào nhân thơm) dễ dàng hơn so với benzene thường. Cuối cùng, safrol có thể bị hydro hóa (H₂/Ni) để chuyển nối đôi thành dihydrosafrol (4-propyl-1,2-methylenedioxybenzen) – một hợp chất cũng được dùng trong hương liệu trước đây.

2. Nguồn gốc tự nhiên của safrol

Safrol là chất chuyển hóa thứ cấp phổ biến ở thực vật. Nhiều loài cây tích lũy safrol trong tinh dầu của chúng như một chất phòng vệ (chất chống động vật ăn cây – antifeedant) tự nhiên. Hai nguồn thực vật giàu safrol nhất được biết đến là cây xá xị (Sassafras albidum) tại Bắc Mỹ và cây Ocotea cymbarum (còn gọi là long não Brazil, thuộc chi Cinnamomum/Ocotea) ở Nam Mỹ. Tinh dầu thu được qua chưng cất hơi nước vỏ rễ cây xá xị (sassafras oil) chứa khoảng 75–90% safrol theo trọng lượng. Tương tự, tinh dầu long não nâu (brown camphor oil) từ cây Ocotea pretiosa ở Brazil cũng có safrol là thành phần chính, chiếm tỷ lệ rất cao trong dầu thô. (Lưu ý rằng cây long não thường (Cinnamomum camphora) cho các phần tinh dầu khác nhau: phần dầu “trắng” và “vàng” giàu camphor và cineole, còn phần dầu “nâu/đỏ” chứa chủ yếu safrol – đây chính là phần bị kiểm soát do hàm lượng safrol cao).

Tinh dầu Long não nâu cho hàm lượng safrol cao

Tinh dầu Long não nâu cho hàm lượng safrol cao.

Ngoài hai nguồn trên, safrol hiện diện với hàm lượng thấp hơn trong tinh dầu của nhiều loài thảo mộc và gia vị quen thuộc. Chẳng hạn, nhục đậu khấu (hạt và màng hạt cây Myristica fragrans) có thể chứa một tỷ lệ safrol đáng kể (vài phần trăm, tùy loại dầu). Hạt tiểu hồi (Pimpinella anisum, cây hồi ta) được báo cáo chứa khoảng 0,5% safrol trong tinh dầu, thành phần chính vẫn là trans-anethole. Tương tự, đại hồi (Illicium verum, hồi star anise) và quế (Cinnamomum spp.) chủ yếu giàu trans-anethole hoặc cinnamaldehyd, nhưng cũng có vết safrol tự nhiên không đáng kể. Các loài khác như húng quế (Ocimum basilicum), tiêu đen (Piper nigrum), mác (aril nhục đậu khấu) và trầu không (Piper betle) đều ghi nhận sự hiện diện của safrol trong tinh dầu ở mức vi lượng. Tổng cộng, hơn 50 loài thực vật được xác định có chứa safrol tự nhiên trong tinh dầu của chúng – mặc dù hàm lượng và vai trò sinh học có thể khác nhau giữa các loài.

Đáng chú ý, do safrol là thành phần hương thơm chính của tinh dầu xá xị, nó tạo nên mùi và vị đặc trưng của rễ cây xá xị. Từ xưa, tinh dầu này đã được người Mỹ bản địa chiết xuất làm trà xá xị và gia vị (root beer). Hiện nay, vì độc tính của safrol, các sản phẩm thương mại thường sử dụng tinh dầu xá xị đã loại safrol (xem mục An toàn dưới đây).

Tinh Dầu Long Não Trắng

Tinh Dầu Long Não Trắng với hàm lượng Safrole thấp là loại tinh dầu Long Não được khuyên dùng vì tính an toàn và tác dụng tuyệt vời về mùi hương và trị liệu.

MUA NGAY

3. Ứng dụng và vai trò của safrol trong công nghiệp hương liệu

Ứng dụng truyền thống: Trước khi bị siết chặt quản lý do lo ngại an toàn, safrol từng được sử dụng rộng rãi trong ngành thực phẩm và mỹ phẩm như một chất tạo hương. Nhờ mùi thơm “ngọt như cửa hàng kẹo”, safrol (hoặc tinh dầu chứa safrol như tinh dầu xá xị) đã được dùng làm hương liệu thực phẩm – tiêu biểu là trong bia rễ (root beer), trà xá xị, nước giải khát có ga, cũng như trong kẹo cao su và kem đánh răng. Chẳng hạn, trước năm 1960, dầu xá xị chứa safrol từng là thành phần tạo mùi cho một số loại nước ngọt, bia rễ và sarsaparilla nổi tiếng ở Mỹ. Trong công nghiệp nước hoa và mỹ phẩm, safrol (và isosafrol) cũng hiện diện trong một số công thức hương cổ điển, đồng thời được dùng tạo mùi thơm cho xà phòng và nước hoa ở mức độ nhỏ. Tuy nhiên, các ứng dụng trực tiếp của safrol làm hương liệu đã giảm mạnh sau khi có bằng chứng về độc tính (xem mục sau); hiện nay safrol tinh khiết không còn được phép dùng làm hương liệu thực phẩm hoặc hương thơm mỹ phẩm ở hầu hết các nước phát triển.

Xá xị Chương Dương

Vai trò tiền chất trong tổng hợp hữu cơ: Mặc dù bị hạn chế trong sử dụng trực tiếp, safrol lại có tầm quan trọng như nguyên liệu đầu để sản xuất nhiều hợp chất có giá trị trong ngành hương liệu và hóa chất. Một số dẫn xuất tiêu biểu từ safrol gồm:

Piperonal (heliotropin): Đây là chất thơm có mùi vani–hoa dịu, được dùng làm hương liệu thực phẩm (mùi vani, cherry) và điều chế nước hoa. Piperonal có thể được tổng hợp bằng cách oxi hóa safrol (thông qua bước đồng phân hóa thành isosafrol rồi oxi hóa tạo aldehyd). Thật vậy, phản ứng ozon phân hoặc oxy hóa safrol thích hợp sẽ cho piperonal với hiệu suất cao – cung cấp nguồn heliotropin nhân tạo cho công nghiệp.
Piperonyl butoxide (PBO): Đây không phải chất tạo mùi nhưng là chất hiệp trợ nổi tiếng trong công thức thuốc trừ sâu (giúp tăng hiệu lực của hoạt chất diệt côn trùng). Về mặt cấu trúc, PBO chứa khung 1,3-benzodioxole giống safrol; và safrol chính là tiền chất để tổng hợp ra piperonyl butoxide ở quy mô công nghiệp. Nhờ nguồn safrol thiên nhiên dồi dào, việc sản xuất PBO trở nên kinh tế hơn trong thế kỷ 20.
Các hợp chất methylenedioxybenzene khác: Nhánh allyl của safrol có thể được biến đổi thành nhiều nhóm chức khác nhau, tạo nên họ dẫn xuất đa dạng. Đáng chú ý, safrol là nguyên liệu để điều chế các chất bán tổng hợp trong lĩnh vực dược và hóa hữu cơ. Ví dụ, safrol được đồng phân hóa thành isosafrol, sau đó oxi hóa tạo 3,4-methylenedioxyphenyl-2-propanon (MDP2P) – một hợp chất trung gian từng được sử dụng (bất hợp pháp) để tổng hợp thuốc gây nghiện MDMA (thuốc lắc). Trên thực tế, safrol và isosafrol đã bị giới sản xuất ma túy lợi dụng làm tiền chất chế tạo MDMA, MDA, MDE,… nên chúng nằm trong danh sách hóa chất bị kiểm soát chặt chẽ tại nhiều quốc gia . Ngoài ra, safrol còn có thể tham gia tổng hợp các dẫn xuất dược phẩm khác: tài liệu cho thấy nó được dùng điều chế một số hydrazon, sulfonamid, benzothiazine,… phục vụ nghiên cứu y sinh, dù các hướng này ít phổ biến hơn.

Ngoài những ứng dụng trên, cũng nên kể đến một số tính chất sinh học thú vị của safrol: theo các nghiên cứu in vitro, safrol có hoạt tính kháng khuẩn nhẹ và ức chế tạo mạch máu mới (anti-angiogenic). Tuy nhiên, do độc tính tiềm tàng, safrol không được phát triển làm dược phẩm. Hiện nay, giá trị chính của safrol chủ yếu nằm ở vai trò làm nguyên liệu tự nhiên để tổng hợp các hương liệu và hóa chất nêu trên, hơn là sử dụng trực tiếp.

4. Mức độ an toàn, độc tính và quy định pháp lý

Độc tính và nguy cơ sức khỏe: Safrol được xếp vào nhóm hóa chất có độc tính mãn tính đáng lưu ý. Các thí nghiệm từ thập niên 1960 đã cho thấy safrol là chất gây ung thư trên động vật thí nghiệm. Cụ thể, khi cho động vật ăn khẩu phần có trộn safrol liều cao (ví dụ 0,5% khẩu phần, tương đương 5000 ppm), chúng phát triển khối u gan với tỉ lệ cao theo thời gian. Nghiên cứu trên chuột và chuột nhắt ghi nhận safrol gây ung thư gan và cả ung thư phổi (ở chuột non) nếu đưa vào cơ thể qua đường uống hoặc tiêm dưới da liều đủ lớn. Cơ chế gây ung thư của safrol đã được làm sáng tỏ một phần: safrol tự thân không phải chất gây đột biến trực tiếp, nhưng đòi hỏi quá trình hoạt hóa sinh học bởi enzym gan để chuyển thành dạng gây hại. Enzym cytochrome P450 ở gan oxy hóa safrol trên nhánh allyl, tạo thành 1′-hydroxysafrol (safrol monohydroxy). Chất chuyển hóa này sau đó tiếp tục bị sulfat hóa tạo thành 1′-sulfoxy-safrol, một chất tích điện có khả năng gắn cộng hóa trị vào DNA, hình thành các DNA adduct nguy hiểm. Chính các sản phẩm chuyển hóa kiểu epoxide/sulfoxide của safrol này là thủ phạm gây tổn thương gen và khởi phát ung thư trong tế bào gan. Ngoài ra, safrol liều cao còn gây độc gan cấp tính (hoại tử tế bào gan) và tổn thương hệ thần kinh trung ương ở động vật thí nghiệm . Dựa trên bằng chứng nghiên cứu, Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) xếp safrol vào nhóm 2B – tức chất có thể gây ung thư cho người (probable human carcinogen). Safrol cũng nằm trong danh sách chất gây ung thư Proposition 65 của bang California, Mỹ. Tuy chưa có bằng chứng dịch tễ học rõ ràng trên người, giới khoa học và quản lý đều khuyến cáo hạn chế tối đa phơi nhiễm safrol trong chế độ ăn uống và mỹ phẩm.

Quy định pháp lý và giới hạn an toàn: Do quan ngại về độc tính nêu trên, việc sử dụng safrol đã bị quản lý nghiêm ngặt trên toàn thế giới từ cuối thế kỷ 20. Tại Hoa Kỳ, từ năm 1960, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) cấm hoàn toàn việc bổ sung safrol, isosafrol hay dầu chứa safrol vào thực phẩm. Quy định này – ban hành theo Delaney Clause – xếp safrol vào danh mục phụ gia “cấm sử dụng trong thực phẩm người”. Như vậy, các sản phẩm như bia root beer hay trà xá xị hiện đại đều phải dùng tinh dầu xá xị đã loại safrol. Đồng thời, Cơ quan FDA vẫn cho phép “chiết xuất xá xị không safrol” được sử dụng như hương liệu – đảm bảo mùi vị truyền thống nhưng không chứa safrol độc hại. Bên ngoài lĩnh vực thực phẩm, safrol và isosafrol còn bị Cơ quan Bài trừ Ma túy Mỹ (DEA) xếp vào danh mục List I (tiền chất bị kiểm soát) kể từ năm 1980 do chúng có thể được dùng sản xuất chất cấm (như MDMA). Việc mua bán, tồn trữ safrol số lượng lớn ở Mỹ đòi hỏi khai báo và giấy phép đặc biệt, vi phạm có thể bị truy tố hình sự.

Tại Liên minh Châu Âu, quy định quản lý safrol tương tự khắt khe không kém. Từ năm 1988, Chỉ thị 88/388/EEC của Hội đồng Châu Âu đã cấm thêm safrol như chất tạo hương trực tiếp vào thực phẩm. Chỉ thị này đồng thời giới hạn hàm lượng safrol (tính cả isosafrol) hiện diện do tạp tự nhiên trong thực phẩm ở mức tối đa 1 mg/kg (1 ppm). Một số ngoại lệ rất hạn chế được cho phép: thực phẩm chứa nhục đậu khấu hoặc mác có thể chấp nhận hàm lượng safrol cao hơn (tối đa 15 mg/kg) do các nguyên liệu này tự nhiên có safrol; đồ uống có cồn >25% thể tích được phép đến 5 mg/kg, và đồ uống <25% đến 2 mg/kg. Các giới hạn này nhằm đảm bảo lượng safrol hấp thu từ gia vị tự nhiên (như một chút bột nhục đậu khấu trong bánh) không đủ gây hại đáng kể. Trong lĩnh vực mỹ phẩm và nước hoa, safrol cũng bị loại khỏi danh sách thành phần được phép sử dụng trực tiếp ở EU. Hiệp hội Hương liệu Quốc tế (IFRA) – cơ quan ban hành tiêu chuẩn an toàn cho ngành nước hoa – quy định rằng safrol tinh khiết không được dùng làm chất tạo mùi, và tổng hàm lượng safrol (cộng với isosafrol, dihydrosafrol) trong sản phẩm nước hoa thành phẩm phải dưới 0,01%. Quy định này hàm ý: chỉ những tinh dầu tự nhiên có chứa vết safrol mới được dùng, và ngay cả khi dùng thì nhà sản xuất phải kiểm soát để safrol trong công thức cuối cùng không vượt quá 0,01%. Những tiêu chuẩn khắt khe từ IFRA và Ủy ban Khoa học về Mỹ phẩm EEC năm 1980 đã khiến safrol hầu như biến mất khỏi bảng thành phần của nước hoa và sản phẩm chăm sóc cá nhân hiện đại.

Tóm lại, safrol là một chất có mùi thơm dễ chịu nhưng độc tính tiềm ẩn cao, đặc biệt về lâu dài có thể gây ung thư. Do đó, hầu hết các quốc gia (Mỹ, EU và nhiều nước khác) đều đã cấm hoặc hạn chế nghiêm ngặt việc sử dụng safrol trong thực phẩm và mỹ phẩm. Ngày nay, safrol chủ yếu được nghiên cứu và sử dụng ở dạng gián tiếp – làm tiền chất tổng hợp các hương liệu và hóa chất khác – hơn là sử dụng trực tiếp. Việc hiểu rõ cấu trúc, tính chất và độc tính của safrol từ góc nhìn hóa học giúp chúng ta tôn trọng các quy định an toàn hiện hành, đồng thời khai thác hiệu quả hợp chất tự nhiên này một cách có trách nhiệm.

*Nguồn tài liệu tham khảo:

---

*Phản hồi và góp ý: Chúng tôi cung cấp thông tin dựa trên khả năng tốt nhất nhưng do nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót. Chúng tôi hoan nghênh ý kiến và góp ý từ độc giả để cải thiện chất lượng thông tin. Mọi thông tin trong bài viết không được xem là hướng dẫn sử dụng, chúng tôi không chịu trách nhiệm trong bất kì trường hợp nào. Vui lòng tự kiểm tra và thử nghiệm trước khi làm theo.