教程（八）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：

➢ 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/