TBAI是一种常用的相转移催化剂，可有效地促进多种化学反应。它不仅可以作为碘源，生成反应所需的碘化物，还可以避免使用不稳定且昂贵的碘化物。此外，TBAI还广泛应用于酯和醚的去烷基化反应。
TBAI作为相转移催化剂，对具有亲核性底物（如醇、胺和磷脂）的烷基化反应具有显著的促进作用。在TBAI的参与下，伯醇和仲醇可以顺利转化为相应的醚。然而，仲醇的烷基化通常需要较长的反应时间，并且收率会有所降低。当使用手性醇底物时，反应中的构型保持不变。
在两相反应体系中，TBAI作为相转移催化剂的促进作用更为重要。在二氯甲烷和水的二相反应体系中，只需10 mol%的TBAI作为相转移催化剂，各种芳基、烷基醛与烯丙基巴豆基三氟硼酸钾反应可高收率和高立体选择性地发生加成反应，得到具有光学活性的醇产物。如果没有TBAI的参与，该反应将进行得非常慢，甚至不能完全反应。
TBAI在环丙烷的开环、分子内环化以及醇氧化等反应中被用作碘源，为反应提供碘负离子。与四氯化钛一起使用时，TBAI可高效选择性地促进α,β-不饱和醛酮与各类醛的羟醛加成反应。卤源对反应速率的影响次序为：TiCl4/n-Bu4NI > TiCl4/n-Bu4NBr > TiCl4/n-Bu4NCl。因此，TBAI参与的生成相应的碘代β-羟基酮的反应最为高效。该反应不仅收率高，而且还具有高度的立体选择性。
TBAI与三氟化硼、碘化铝等路易斯酸一起使用，可高效选择性地去除醇或者酚上的甲基、烯丙基和苄基。如果没有TBAI的参与，仅用路易斯酸促进的去烷基反应将进行得非常缓慢。因此，TBAI在许多全合成中被用作有效的去烷基化试剂。
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