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催化方面二茂鐵及其衍生物在不對稱催化、羥醛縮合、烯烴常壓氫化、苯酮氫化硅烷化等反應中應用廣泛。將二茂鐵和鉀吸附在活性炭上作為合成氨催化劑，可使合成氨反應在緩和的條件下進行，二茂鐵的含量增加，催化的活性也隨之增加；在甲苯氯化反應中，用二茂鐵作催化劑，可以增加對氯甲苯的產率；在氣相制備碳纖維的過程中，以二茂鐵作催化劑，可以獲得高質量的碳纖維產品；由二茂鐵合成的乙烯基二茂鐵和某些二茂鐵烯類對含有交聯和過氧化物引發劑的不飽和聚酯樹脂的催化作用，可加速樹脂的交聯和硬化在乙烯基二茂鐵存在下，甲基丙烯酸甲酯聚合物的轉化率可達100%；苯酚的羥基化在乙烯基二茂鐵或1,1'-二乙酰基二茂鐵催化下產率可達95%；甲基丙烯酸甲酯及丙烯腈的本體聚合，在二茂鐵、四氯化碳及苯存在下轉化率也可大大增加。
在不對稱合成催化方面，手性二茂鐵膦配體以其特殊的剛性骨架結構和良好的電子效應從眾多的手性配體中脫穎而出，其優異的催化活性和對應選擇性引起許多化學工作者的注意，不斷合成新的手性二茂鐵配體成為上個世紀90年代不對稱催化研究的熱點之一。
手性二茂鐵衍生物及其過渡金屬配合物是不對稱有機合成的有效催化劑，手性二茂鐵衍生物以α-二茂鐵乙胺及其膦基化合物最為重要。
利用茂金屬手性（MetaIIoceneChiraIity）的特性，二茂鐵衍生物及其類似物作為手性配體，在過渡金屬催化的不對稱合成中獲得巨大的成功目前已經合成了200多種具有平面或平面中心手性的二茂鐵衍生物，這些化合物在許多反應中作為不對稱合成催化劑起著重要作用。
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