二茂铁具有良好的电子效应和独特的刚性骨架，是催化剂的理想原料。目前大量含二茂铁基性能优良的催化剂广泛应用在不对称催化、羟醛缩合、烯烃常压氢化、苯酮氢化硅烷化等领域。将二茂铁和钾吸附在活性炭上作为合成氨催化剂，可使合成氨反应在非常缓和的条件下进行；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酷树脂具有优良的催化作用，可加速树脂的交联和硬化。
20世纪90年代以来，二茂铁基衍生物应用于不对称催化研究成为了一个热点。利用茂金属手性的特性，二茂铁衍生物及其类似物作为手性配体，在过渡金属催化的不对称合成中获得巨大的成功，其中具有平面或平面中心手性二茂铁磷配体在众多的手性配体中脱颖而出，以α-二茂铁乙胺及其磷基化合物最为重要，这些化合物在许多不对称合成反应中表现出异常奇特的催化性能而倍受青睐。
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