Thalidomide-5-PEG2-Cl ใช้หลักในการพัฒนา PROTACs (Proteolysis Targeting Chimeras) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีล้ำสมัยในการค้นคว้ายา มันทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบลิงก์หลักที่เชื่อมต่อโมเลกุลจับโปรตีนเป้าหมายกับตัวรับ E3 ubiquitin ligase สิ่งนี้ช่วยให้เกิดการย่อยสลายโปรตีนเฉพาะเจาะจง นำเสนอแนวทางใหม่ในการรักษาโรคต่าง ๆ เช่น มะเร็ง โรคทางระบบประสาทเสื่อม และโรคภูมิต้านตนเอง การประยุกต์ใช้มีคุณค่าอย่างยิ่งในกรณีที่ตัวยับยั้งแบบดั้งเดิมล้มเหลวในการปรับเปลี่ยนการทำงานของโปรตีนอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ยังใช้ในการวิจัยเพื่อศึกษาการโต้ตอบระหว่างโปรตีนและเส้นทางในเซลล์ สนับสนุนความเข้าใจกลไกโรคและการพัฒนายาที่กำหนดเป้าหมาย โดยมีกลุ่ม PEG (polyethylene glycol) ที่ช่วยเพิ่มความสามารถในการละลายและความเสถียรของสารประกอบ และใช้คุณสมบัติเฉพาะของ Thalidomide ในการจับกับโปรตีนเป้าหมาย เช่น cereblon ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางชีวภาพหลายอย่างในเซลล์