女性からお金を要求され、渡した途端に逃げられる。この場合は詐欺罪で訴えられますか?

SNSで知り合った女性に金銭を渡すかわりに、体の関係を持たないかという話を持ちかけられました。

相手は自称19歳です。

待ち合わせの場所に行き、20000円をその場で手渡し。
コンビニで食べ物を購入している間に逃げられました。

もちろん体の関係はなし。体にすら触れていない。

相手の顔はコンビニの防犯カメラに映っており、おそらく買った商品にも指紋も残っています。

同日、4時間後くらい
同じSNSアプリで同じような手口をとっていたアカウントを発見
今度はこちらからアポを取り、再び別人の振りをして会う約束を取り繕う

実際に会ってみるとやはり同一人物で、お金を返すように言ったら

「私は17歳だからあなたの方が悪いですよ!」
と逆ギレされる。

もちろん体の関係にもなっていなければ、体にすら触れていないのでそれは無いのではないかと思います。

さらにそこで発覚したのは、
相手は女1人と男2人の合計3人のグループ班で今回の詐欺を行なっていた。

こちらがお金を返すように言ったところ3人でバイクに乗って逃走

コンビニの防犯カメラにはバイクのナンバーもおそらく映っている

この場合は被害届など出したとしたら、詐欺罪などで訴えられるのでしょうか。

この場合は被害届など出したとしたら、詐欺罪などで訴えられるのでしょうか。

警察がどこまで対応してくれるか分かりませんが、詐欺が疑われるのであれば、警察に相談されてみてもよいと思います。
被害届が出せるようであれば、出されてみてください。

警察が対応してくれない可能性もあるということでしょうか?

警察が対応してくれない可能性もあるということでしょうか?

それはあると思います。