Fmoc-D-2,4-Dichlorophenylalanine ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการสังเคราะห์เปปไทด์ โดยเฉพาะในกระบวนการ solid-phase peptide synthesis (SPPS) ซึ่งเป็นเทคนิคที่ใช้ในการสร้างสายเปปไทด์อย่างมีประสิทธิภาพ กลุ่ม Fmoc (9-fluorenylmethoxycarbonyl) ในโมเลกุลทำหน้าที่เป็นกลุ่มป้องกัน (protecting group) สำหรับหมู่เอมีโน ช่วยให้สามารถควบคุมการเชื่อมต่อของกรดอะมิโนได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ ยังมีการนำสารนี้ไปใช้ในการศึกษาวิจัยทางชีวเคมีและเภสัชวิทยา เพื่อพัฒนายาและโมเลกุลทางชีวภาพที่มีศักยภาพ เนื่องจากโครงสร้างที่มีหมู่ dichlorophenyl ช่วยเพิ่มความหลากหลายและความเฉพาะเจาะจงในการออกแบบเปปไทด์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ อีกทั้ง Fmoc-D-2,4-Dichlorophenylalanine ยังมีบทบาทในการสร้างวัสดุชีวภาพและนาโนโครงสร้าง ที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านเวชศาสตร์ฟื้นฟูและการส่งส่งยา (drug delivery) อีกด้วย