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在有机化学中，对甲苯磺酰氯 ( TsCl ) 最重要的用途是作为醇类化合物的磺酰化试剂。反应条件优化的结果表明：使用 1 摩尔倍量的醇在 2 摩尔倍量 TsCl 和 1.5 摩尔倍量吡啶存在下，能够以最高产率转变为磺酰化产物（式1)[1]。在TsCl和碱的作用下，1,2-二醇化合物则生成环氧化反应（式2)[2]。
除了O-磺酰化反应外，TsCl也能作用于胺类化合物发生N-磺酰化反应。在不同的碱存在下，TsCl 能够选择性实现 O-或N-磺酰化反应（式3)[3]。在吡啶溶剂中，能够优先发生N-磺酰化反应。在三乙胺溶剂中，则优先发生O-磺酰化反应。
TsCl也能用于将烯丙基醇转变为烯丙基氯的反应，并且不会发生烯丙基底物的重排反应和其它活泼基团的官能团转换反应（式4)[4]。
在TsOH的催化作用下，烯烃或炔烃与TsCl生成β-羟基磺酸酯或β-羰基磺酸酯（式5[5]和式6[6])。
在 TsCl 和吡啶作用下，氨基酸能够发生脱羧反应（式 7)[7] 。反应首先生成磺酰化中间体，然后在磺酰基强烈的吸电子效应作用下发生分子内电子转移。最后脱去一分子氢离子和磺酸根，得到亚胺产物。
在TsCl和吡啶作用下，肟类化合物生成的磺酰化产物能继续发生Beckmann重排反应得到内酰胺化合物（式8)[8]。
在TsCl和吡啶作用下，伯酰胺化合物能够反应得到腈（式9)[9]，而类似的甲酰胺底物则生成异腈（式10)[10]。
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