二茂铁及其衍生物在不对称催化、羟醛缩合、烯烃常压氢化、芳酮氢化、硅烷化等反应中应用广泛。将二茂铁和钾吸附在活性炭上作为合成氨催化剂，可使合成氨反应在缓和的条件下进行，二茂铁的含量增加，催化的活性也随之增加；在甲苯氯化反应中用二茂铁作催化剂，可以增加对氯甲苯的产率；在气相制备碳纤维的过程中，以二茂铁作催化剂，可以获得高质量的碳纤维产品；有二茂铁合成的乙烯基二茂铁和某些二茂铁烯类对含有交联和过氧化物引发剂的不饱和聚酯树脂的催化作用，可加速树脂的交联和硬化。在乙烯基二茂铁存在下，甲基丙烯酸甲酯聚合物的转化率可达100%；苯酚的羟基化在乙烯基二茂铁或1,1’-二乙酰基二茂铁催化下产率可达95%；甲基丙烯酸甲酯及丙烯腈的本体聚合，在二茂铁、四氯化碳及苯的存在下转化率也可大大增加。
利用茂金属手性的特性，二茂铁衍生物及其类似物作手性配体，在过度金属催化的不对称合成中获得巨大的成功。目前已经合成了200多种具有平面或平面中心手性的二茂铁衍生物，这些化合物在许多反应中作为不对称合成催化剂起着重要作用。
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