N-Boc-2-bromo-D-phenylalanine ใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบทางเคมีที่มีความซับซ้อน โดยเฉพาะในกระบวนการสร้างเปปไทด์และโมเลกุลทางชีวภาพอื่นๆ เนื่องจากมีกลุ่ม Boc (tert-butoxycarbonyl) ที่ช่วยป้องกันกลุ่มฟังก์ชันอะมิโนในระหว่างการสังเคราะห์ ทำให้สามารถควบคุมปฏิกิริยาได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ หมู่โบรโมที่ตำแหน่ง 2 ของวงแหวนฟีนิลช่วยให้โมเลกุลนี้สามารถใช้งานในการสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอนผ่านปฏิกิริยาข้ามคู่ เช่น ปฏิกิริยา Suzuki coupling หรือ Heck reaction ซึ่งเป็นประโยชน์ในการพัฒนายาและสารชีวโมเลกุลที่มีความเฉพาะเจาะจง