L-Proline t-butyl ester ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ โดยเฉพาะในเคมีเปปไทด์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นกลุ่มปกป้องสำหรับหมู่ฟังก์ชันกรดคาร์บอกซิลิกของ L-proline การปกป้องนี้ช่วยให้สามารถทำปฏิกิริยาแบบเลือกสรรได้ที่ตำแหน่งอื่นๆ ของโมเลกุลโดยไม่ถูกรบกวน นอกจากนี้ยังนำมาใช้ในการสังเคราะห์แบบอะซิมเมトリก เพื่อช่วยในการสร้างศูนย์ chiral ที่มีความบริสุทธิ์ทางเอ็นแอนติโอเมอร์สูง นอกจากนั้นยังใช้ในการเตรียมสารกลางทางเภสัชกรรม โดยซึ่งความใหญ่ของโครงสร้างช่วยควบคุมสเตอรีโอเคมีของผลิตภัณฑ์สุดท้าย ความเสถียรภายใต้สภาวะปฏิกิริยาต่างๆ ทำให้เป็นสารเคมีที่มีคุณค่ามากในเส้นทางการสังเคราะห์ที่ซับซ้อน