D-Proline tert-Butyl Ester Hydrochloride ถูกใช้หลักในการสังเคราะห์อินทรีย์และการวิจัยเภสัชกรรม โดยทำหน้าที่เป็นบล็อกสร้างที่มีคีรอลในการเตรียมโมเลกุลที่ซับซ้อน โดยเฉพาะในการพัฒนาเปปไทด์และเปปไทโดมิมเมติกส์ กลุ่มเอสเตอร์เทิร์ต-บิวทิลของมันให้การป้องกันกรดคาร์บอกซิลิกในกระบวนการสังเคราะห์หลายขั้นตอน เพื่อให้มั่นใจในความเลือกและความเสถียร สารประกอบนี้ยังมีคุณค่าต่อการสังเคราะห์แบบอะซิมเมตริก ช่วยในการสร้างสารประกอบที่มีเอ็นแอนติโอเมอร์บริสุทธิ์ ซึ่งสำคัญมากในการค้นพบและพัฒนายา นอกจากนี้ ยังนำไปใช้ในการศึกษายับยั้งเอนไซม์และลิแกนด์รีเซพเตอร์ สนับสนุนการสำรวจตัวแทนบำบัดสำหรับโรคต่าง ๆ