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在過去的幾十年的時間中，催化劑在促進現代有機合成方面發揮著重要作用，使一些原本不能進行或不易進行的反應可以在溫和的條件下進行，從而在很大的程度上促進了有機合成化學的發展。五氯化鈮是黃白色單斜結晶，熔點204.7℃，沸點254℃，它是一種強路易斯酸，可以促進多種有機合成反應。近些年來，由于它在催化面的良好性能，受到全世界，尤其是印度、日本、巴西等國許多研究小組的重視。
五氯化鈮主要用于有機合成。
1. 保護基團的形成和裂解
1）醇和酚的選擇性乙酰化：由于在酸性或堿性條件下穩定，在多步有機合成中羥基常被轉化成乙酸酯。在各種乙酰化的試劑中乙酸酐是最便宜和最常用的試劑。室溫下，以二氯甲烷為溶劑，在五氯化鈮催化下，各種類型的醇（酚）與乙酸酐反應生成相應的乙酸酯。
2）醇和酚的四氫吡喃化：四氫吡喃醚（THP）由于廉價、易脫保護、且在各種條件下如強堿、金屬氫化物、格氏試劑、烷基化試劑、酰化試劑以及在氧化條件下都較穩定，因此常被用在多步有機合成中用作羥基的保護基。多種形式的醇（酚）與二氫吡喃在路易斯酸五氯化鈮催化下，發生反應生成相應的四氫吡喃醚。
3）硅醚的形成：羥基很活潑，容易發生酰化、氧化、烷基化、失水等反應。常用保護羥基的方法之一是生成硅醚。三甲基硅基醚具有不易被氧化、熱穩定性高、粘度低和易制備等優點，在有機合成中得到廣泛應用。在五氯化鈮催化下，醇（酚）與六甲基二硅胺烷在二氯甲烷中反應，高收率得到相應的三甲基硅醚：
4）醛和乙酐反應形成 ：1,1-二乙酸酯由于在中性、堿性及酸性條件下都比較穩定，在復雜化合物的合成中，1,1-二乙酸酯常被用作起始反應物或中間體。1,1-二乙酸酯通常是在酸催化下，醛與乙酸酐反應得到。由醛和乙酸酐在五氯化鈮催化下，生成相應的 1, 1-二乙酸酯。
5）胺和硫醇的選擇性乙酰化：胺或硫醇與乙酸酐在二氯甲烷中，在五氯化鈮催化下，在室溫下即可發生選擇性乙酰化。在催化量的五氯化鈮(10mol%)存在下，各種脂肪胺、芳胺及硫醇都可以發生選擇性乙酰化。該反應產率高，條件溫和，并使得反應時間縮短。
6）醚脫保護成醇：由于易引入且易形成穩定的化合物，對某些反應來說 Cl CH2℃H3常被用來保護羥基。但是-CH2℃H3的脫去卻常常需要強酸性環境。RO-CH2℃H3在中性條件下，由五氯化鈮催化，即可脫保護生成相應的醇或酸。
2. 還原反應
1）亞胺的還原二聚：醛亞胺在室溫下，在五氯化鈮催化下被金屬鋅還原二聚成連二胺。作者發現在無鋅粉的條件下，該反應無法發生；在沒有五氯化鈮的條件下，產率只有 74%。而在二者的共同作用下，產率卻可以高達 97%。
2）C-F 鍵的斷裂：C-F 鍵是組成有機分子的最強的鍵之一，C-F 鍵不易斷裂，不僅從有機化學的觀點看，而且從環境化學的關于有機化合物脫鹵的觀點看都是一個難點。單氟取代芳香化合物在五氯化鈮催化下被氫化鋰鋁被還原為芳烴。
3）烷基芳基醚的選擇性去烷基化：烷基芳基醚的去烷基化是有機合成中最重要的反應之一。一些強的路易斯酸和親核試劑被用作該類反應的催化劑。經過研究發現五氯化鈮對碳氧鍵的斷裂是有選擇性的，并且取得較好的收率。
4）由炔和醛制備丁二烯：炔在五氯化鈮催化下被金屬鋅還原，然后再經過三步反應生成帶有取代基的 1,3-丁二烯。
3. 加成反應
1）羰基化合物的硅氰化反應：氰醇是有機合成中的一類重要中間體。它們可以轉化成許多有用的化合物，通常由羰基化合物與三甲基硅氰反應再經過水解得到。在五氯化鈮催化下，羰基化合物與三甲基硅氰在室溫且無溶劑的條件下即可以發生反應生成 α-氰基硅醚。
2）烯丙基化反應：Lewis 酸促進下烯丙基三甲基硅烷與羰基化合物之間的烯丙基化反應（Sakurai 反應），是形成碳 C－C 鍵的重要方法之一。在五氯化鈮催化下，醛與烯丙基硅烷可以發生 Sakurai 反應。
在五氯化鈮催化下，以二氯甲烷為溶劑，在-15℃ 下并用氬氣做保護的條件下，醛與烯丙基三正丁基錫烷反應生成高烯丙基化合物。
3）α-羥基膦酸酯衍生物的制備：由于 α-羥基膦酸酯衍生物具有重要的生物和藥物活性，如抗病毒，抗菌，抗癌，殺蟲以及抗 HIV 蛋白酶，因此它們在有機和藥物化學方面引起廣泛的重視。在五氯化鈮和三甲基氯硅醚（TMSCl）共同作用下，在室溫且無溶劑的條件下，由醛（或酮）與亞磷酸二乙酯或亞磷酸三乙酯反應生成 α-羥基磷酸酯的反應。
4）α-氨基膦酸酯衍生物：由于 α-氨基膦酸酯與相應的 α-氨基酸、雜環膦酸酯以及 ω-氨基膦酸酯結構類似，且具有重要的生物和藥物活性，因此近些年來受到廣大化學工作者的重視。研究發現在五氯化鈮催化下，加熱至 60 ℃ 且無溶劑的條件下，芳醛、芳胺與亞磷酸二乙酯發生反應生成 α-氨基膦酸酯。
5）β-酮酯的合成 ：由于 β-酮酯既具有親電的羰基，又具有親核的碳，使它們成為是合成許多具有生物活性化合物的非常有用的中間體。重氮基乙酸乙酯與醛，在五氯化鈮催化下，在二氯甲烷中發生反應，生成相應的 β-酮酯。
6）Mannich 反應：Mannich 反應是一個適用范圍很廣的形成 C-C 鍵的方法，因而在過去的幾十年得到廣泛應用。室溫下，以五氯化鈮為催化劑，以乙醇為溶劑，苯乙酮、芳醛和芳胺發生 Mannich 反應，生成各種藥物和天然產物的中間體—β-氨基酮和 β-氨基羰基化合物。
7）Knoevenagel 縮合反應：Knoevenagel 縮合反應是形成 C-C 的重要方法之一。由于其反應產物廣泛應用于制備許多天然產品、化妝品、香水及藥物等，因而近些年來受到持續關注。醛和活性亞甲基化合物在五氯化鈮催化并加熱的情況下，生成 E-烯烴。該反應產率高，反應條件溫和，適用于多種醛和活性亞甲基化合物的反應。
8）Diels-Alder 環加成反應：Diels-Alder 反應一次生成兩個碳碳鍵和最多四個相鄰的手性中心，所以在合成中很受重視。在合成中使用 Diels-Alder 反應，大大減少了反應步驟，提高了產率。自 1996年報道了在五氯化鈮的催化下，環戊二烯和巴豆醛或異丁烯醛發生 Diels-Alder 反應以來，分別于 2002 年和2005 年報道了在五氯化鈮催化下，不飽和烯酮和高反應活性的環戊二烯發生 Diels-Alder反應。2006 年，報道了在 NbCl5催化下，由巴豆醛和二烯在二氯甲烷中發生 Diels-Alder 反應合成了 cis-1,2-二甲基環己烯化合物。
4. 取代反應
1）親核取代反應：在五氯化鈮催化下，芳基醇與一些含雜原子化合物發生親核取代反應。該反應產率高，反應時間短，室溫下即可進行且沒有苯基醇的副產物。
2）Ferrier 反應：烯糖是典型的烯醚，經過 Ferrier 重排反應得到 C-苷化產物，該反應一般在路易斯酸催化下進行。2005 年報道了在微波照射下，以五氯化鈮為催化劑，乙腈為溶劑，一級醇（二級醇）與三氧乙酰基-D-葡萄稀糖反應生成 2,3-不飽和配糖物。
[1] CN201310437708.9五氯化鈮催化制備順-1-甲氧羰基-2-取代苯基-3,3-二腈環丙烷的方法
[2] 五氯化鈮作為路易斯酸催化劑在有機合成中的應用