Развитие супрамолекулярной химии позволило распространить концепцию устройства, обеспечивающего выполнение сложной функции в результате определенного сочетания компонентов системы, на молекулярный уровень и как следствие этого - стимулировало зарождение молекулярной электроники и фотоники. Миниатюризация электронных устройств и приборов на их основе обеспечивает как увеличение их быстродействия, так и уменьшение потребляемой при их работе мощности. Создание таких молекулярных электронных и оптоэлектронных устройств на основе супрамолекулярных систем, молекулярные компоненты которых обеспечивали бы выполнение сложных функций направленного переноса заряда или энергии аналогично полупроводниковым интегральным схемам и оптоэлектронным устройствам, напрямую зависит от развития как самой супрамолекулярной химии, так и фотохимии супрамолекулярных систем.
Основным побудительным мотивом развития молекулярных устройств (рис. 4)и машин (рис. 5) является идея создания органических аналогов многих технически важных устройств, широко используемых в нашей жизни. Замена неорганических материалов на органические открывает безграничные возможности вариации состава материала с целью подстройки характеристик под определённые цели. Единственным существенным недостатком органических материалов является их низкая термическая устойчивость.
Молекулярные машины - это устройства, в которых имеется антенна, воспринимающая внешнее воздействие и преобразователь полученной энергии. Результатом преобразования энергии должно быть либо конформационное изменение, либо движение всей супрасистемы или её фрагментов относительно друг друга.
Рис. 4. Схема работы молекулярного устройства
Рис. 5. Схема работы молекулярных машин
При создании молекулярных и супрамолекулярных устройств и машин в качестве компонент используются молекулы, способные к переносу электрона (виологены, металлопопорфирины, тетратиафульвалены, политиофены). Фоточувствительными элементами служат хромофорные органические молекулы. Для фотоуправления используются молекулы стильбеновов, спиронафтоксазинов и хроменов. Отличием молекулярных устройств от молекулярных машин является то, что в устройствах происходит преобразование одних видов энергии в другие, в то время как в молекулярной машине преобразование одного вида энергии в другой приводит к осуществлению определённой работы. Например, молекулярная машина может работать подобно механическим моторам, роторам, насосам. Как правило, молекулярные устройства являются частью молекулярных машин (рис. 5).
На рис. 6 приведен один из примеров многочисленных исследований молекулярных аналогов приводов, шестерён. Тетераэтилбензол, как известно, имеет структуру, в которой этильные группы расположены попарно над и под плоскостью молекулы. Показано, что комплексообразование с карбонилом хрома изменяет расположение заместителей таким образом, что позволяет металлу находиться над плоскостью ароматического ядра и осуществлять взаимодействие Cr(CO)3 - Ar. Можно представить, что процесс комплексообразования аналогичен процессу прокручивания шестерёнки; при этом необходимые энергетические затраты для изменения расположения заместителей компенсируются выигрышем энергии комплексообразования (рис. 6).
