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异丁酰肼可用作医药合成中间体。其应用举例如下：
1)制备3-异丙基-4-氨基-1，2，4-三唑啉-5-酮，包括：步骤1，在正丁醇溶剂中，在反应温度为50～150℃下，将异丁酸和水合肼进行反应，生成异丁酰肼；步骤2，在反应温度为0～60℃下，将步骤1中合成的异丁酰肼反应液和光气或固光以及作为溶剂的正丁醇进行反应，生成2-异丁基肼基甲酸丁酯；步骤3，在碱溶液中，在反应温度为80～120℃下，将步骤2中合成的2-异丁基肼基甲酸丁酯和水合肼进行反应，生成3-异丙基-4-氨基-1，2，4-三唑啉-5-酮和正丁醇。本发明反应全程使用单一正丁醇作为溶剂，中间过程不分离，具有反应体系简单，反应速度快，“三废”量少；正丁醇可反复套用；并且合成方法收率高达85％的优点。
2)制备一类新的吲哚衍生物。以吲哚-3-甲醛的衍生物、异丁酰肼为原料，把具有抗癌活性的基团如-OCH3、-C=N-NH-C=O等通过化学反应全部或部分引入到吲哚的适当位置，得到一系列含有多官能团的吲哚类化合物。该工艺操作简便、反应条件温和、产率高，且该类化合物具有良好的生物活性，可以用于治疗肿瘤，在药学领域内具有广泛的应用前景。