红外光谱模拟

发表时间:2019-09-25 21:08作者:李宏平/绎模科技


红外光谱模拟


一、引言

计算化学中一个很重要的内容就是各类谱图的模拟。红外光谱则是计算化学中最常见的可以模拟的光谱。本章内容以丙烯(C3H6)分子为例,介绍如何进行红外光谱的预测及谱峰如何指认。


二、计算过程

1、模型建立

  • 软件版本Gaussian 16, GaussView 6

  • 使用方法:B3LYP/6-311G(d,p)。计算设置如下图所示

  • 红外光谱的计算设置很简单,只要选择Job Type中的Opt+Freq,然后在Method面板选择好方法和基组即可。

    


丙烯分子结构


    


红外光谱计算设置



2. 红外光谱计算

  • 设置好计算参数后,保存为c3h6.gjf,然后交给Gaussian 16进行计算。

  • 打开计算好的c3h6.log文件,然后选择Results    vibrations,则会打开振动光谱面板。

  • 下图中,我们需要使用校正因子让振动频率更加接近实验值。本文中使用的方法B3LYP/6-311G(d,p)对应的校正因子为0.967更多信息请参考“知识背景”部分。

  • 设置好校正因子后,我们可以得到如图所示的校正后的频率。


    

    


振动光谱面板



3. 振动模式分析

  • 完成上述设置后,点击Start Animation以及勾选Show Displacement Vectors然后点击每个频率,都会出现相应的振动模式。比如此处我们点击第21个振动模式,对应的频率为3101.16 cm-1,其对应的振动模式如图所示。

  • 同理,所有的振动频率对应的振动模式都可以得到。

    


    


丙烯分子-CH2基团的非对称伸缩振动



4.谱峰指认

  • 此时点击振动面板中的Spectra,则会生成预测的红外光谱图。如下图所示

    

    

  • 仔细观察可以发现,默认红外光谱图坐标与常用实验红外光谱坐标相反,所以在IR谱图上点击右键中的Property将坐标反转,得到下图。


    


反转坐标


    


  • 丙烯分子气态红外光谱可以从NIST数据库获得。更多信息请参考“知识背景”部分。

    


丙烯分子实验红外光谱图


  • 对比实验红外光谱和理论预测的红外光谱,可以看出理论预测结果于实验值吻合较好。

  • 然后可以通过点击谱峰位置,得到每个谱峰所对应的振动模式,即完成了谱峰指认。


三、知识背景




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