Cbz-O-benzyl-D-serine มักใช้ในการสังเคราะห์เปปไทด์และโปรตีนในทางเคมีอินทรีย์ โดยเฉพาะในกระบวนการป้องกันกลุ่มฟังก์ชัน (protecting group) เพื่อให้สามารถควบคุมการเกิดปฏิกิริยาเฉพาะที่ต้องการได้ กลุ่ม Cbz (Carbobenzyloxy) และกลุ่มเบนซิล (benzyl) ที่ติดอยู่กับเซรีนช่วยป้องกันไม่ให้กลุ่มฟังก์ชันอื่นๆ เกิดปฏิกิริยาในขั้นตอนการสังเคราะห์ที่ซับซ้อน นอกจากนี้ยังใช้ในการศึกษาปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับการสร้างพันธะเปปไทด์และการออกแบบโมเลกุลทางยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนายาและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ