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喹啉衍生物在醫藥、農藥領域占據著一個非常重要的地位，其優異的生物活性使得其成為了新醫藥及新農藥研究與開發的熱點之一。含不同取代基的4-氯喹啉是合成具有重要生物活性喹啉衍生物常用的關鍵中間體，其中包括硝基取代的4-氯喹啉。許多喹啉系列化合物都是重要醫藥中間體，而且近年來許多含喹啉環的新型藥物被不斷開發出來，喹啉本身最初也是從抗瘧藥物奎寧經過蒸餾而得到。主要應用合成抗瘧藥物，如補瘧喹、磷酸氯喹、磷酸伯胺喹和胺酚喹啉等；解熱鎮痛藥物辛可芬；局部麻醉藥物鹽酸地布卡因；抗阿米巴病藥喹碘仿、氯碘喹啉、雙碘喹啉等；抗菌素藥物克菌定；由喹啉環及其他雜環可以合成撲蟯靈和克瀉痢寧；許多取代喹啉N?氧化物都是重要藥物，如4?氨基?5?硝基喹啉N?氧化物有抑制腫瘤生長的左右，甲基喹啉N?氧化物和它的4?硝基?3?氯喹啉衍生物都具有顯著的抗細菌和抗真菌藥效，美國新開發的強抗菌劑Utibid 就是一種喹啉酮化合物。在4-氯喹啉上引入硝基對于設計和合成擁有喹啉結構的藥物具有重要的作用和意義。由于喹啉當中的吡啶環是一個鈍化芳環，所以對其進行硝化時硝基總是傾向于進入苯環。不同位置硝基取代的4-氯喹啉需要采取不同的合成策略。利用混酸對4-氯喹啉直接硝化可在喹啉環的5-位或8-位引入硝基，從而得到5-硝基-4-氯喹啉和8-硝基-4-氯喹啉。但在該反應中，5-硝基-4-氯喹啉的收率往往特別低，從文獻報道來看，最高的也不過16%。因此，對于以5-硝基-4-氯喹啉為關鍵中間體的喹啉類藥物的研發者來說，提高它的收率是一件非常有必要的事情。
4-氯喹啉是合成具有重要生物活性喹啉衍生物常用的關鍵中間體，其應用舉例如下：
1. 用于制備硝基-4-氯喹啉。具體步驟為：量取3 mL 濃硫酸，加入2.32 g （34.2 mmol）發煙硝酸，控制溫度在-5℃。緩慢滴加入1.59 g（9.7 mmol） 4-氯喹啉的硫酸溶液（9 mL）。然后在20℃下反應3 h，反應液成紅色溶液。將反應液倒入50 g 碎冰中攪拌，用氫氧化鈉溶液調節pH=12。抽濾，用100 mL 水洗滌3 次，干燥后得黃色固體。將固體用30 mL 甲醇重結晶，得0.89 g金黃色8-硝基-4-氯喹啉（1） 晶體，母液再經柱層析分離提純，展開劑：v（乙酸乙酯）∶v（石油醚）=1∶50，得0.12 g 8-硝基-4-氯喹啉（1） 與0.57 g 5-硝基-4-氯喹啉（2）。8-硝基-4-氯喹啉收率為50.0%，5-硝基-4-氯喹啉收率為28.1%。
方法2：制備4-氯喹啉酸酐。4?氯喹啉酸酐可以用來合成抗憂郁、抗腫瘤、和抗菌的藥:物等。具體步驟如下：以4-氯喹啉為起始原料，經過氧化、脫水得到目標化合物。方法簡便、易操作，適合于大量制備。具體步驟如下：1）4?氯喹啉(1.63g，10.0毫摩爾)和高錳酸鉀(9.48g，60.0毫摩爾) 溶于水(50毫升)，加熱回流18小時。冷至室溫，過濾，濾液用濃鹽酸酸化至pH2～3。減壓濃縮，得到白色固體(2)1.0g，產率：50.0％。2）化合物(2)(1.0g，5.0毫摩爾)溶于乙酸酐(5毫升)，加入催化量的五氯化磷，加熱至110℃并攪拌5小時。減壓蒸餾，殘留物經乙醚重 結晶，真空干燥得化合物(3)0.8g，產率：87.4％。
3. 制備噻唑橙單體。研究表明噻唑橙的結構修飾位點在喹啉環以及苯并噻唑環上的氮原子端，對其兩個氮原子衍生，可以獲得不同結構的噻唑橙分子。其合成如下：(1)以2-巰基苯并噻唑和對甲苯磺酸甲酯為原料，在苯并噻唑環上的氮原子端引入甲基，合成了3-甲基-2-甲巰基苯并噻唑對甲苯磺酸鹽；以4-甲基喹啉和1，3-二溴丙烷為原料，在喹啉環的氮原子端引入3-溴丙基，合成了4-甲基-1-(3-溴丙基)喹啉溴鹽。在最終合成噻唑橙單體TO-1的步驟中，用碘離子來置換對甲苯磺酸根離子。但是碘離子與對甲苯磺酸根離子的置換效率不高，所以導致產率較低，所以對此方法進行改進，直接合成3-甲基2-甲巰基苯并噻唑碘鹽，避免了最終的離子交換過程，提高了產率。上述方法中，最終步驟有硫醇生成，將原料換為2-甲基苯并噻唑。在其噻唑環上引入甲基，合成2，3-二甲基苯并噻唑碘鹽；以4-氯喹啉為原料，在氮原子端引入3-溴丙基，合成4-氯-1-(3-溴丙基)喹啉溴鹽。
將喹啉酮2 與POCl3/PCl5 反應制得對應的4-氯喹啉，
[1] 李震, 郝青青, 蔣旭亮. 4-氯喹啉的硝化[J]. 精細化工中間體, 2018, 48(1): 55-56.
[2] CN201310189861.4一種4-氯喹啉酸酐的合成方法
[3] 王盟. 噻唑橙單體的合成及研究[D]. 大連理工大學, 2012.
[4] 楊銳, 馬艷妮, 黃婷, 等. 4-硫醚喹啉類化合物的合成與抗菌活性研究[J]. 有機化學, 2018: 0-0.