教程(八)：红外光谱模拟

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Gaussian16, GaussView6。

• 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Gaussian16进行计算。

• 打开计算好的c3h6.log文件，然后选择Resultsàvibrations，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下图所示。

• 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与实验值吻合较好。

• 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：

• 关于振动分析更多内容可以参考Gaussian主页：http://gaussian.com/vib/
  

• 推荐书籍：Quantum Chemistry, by Levine.

• 频率校正因子网页：https://cccbdb.nist.gov/vibscale.asp

• NIST数据库：https://webbook.nist.gov/chemistry/