由于氟原子有模拟氢原子或氧原子的能力，所以它也被应用到了医疗诊断试剂中。在体内，许多含氟代谢物和药物与它们的同属物有相同的转化途径。在医疗成像过程中如果用氟原子进行标记，那么我们就有可能获得具有高空间分辨率的代谢过程的内部信息。由于氟元素的人造同位素F-18(¹⁸F)能够被引入到不同的有机底物中，所以它在成像过程中尤为有用。

¹⁸F能够发射月正电子(β⁺)，其半衰期为109.7min。产生的β正电子，和周围的电子接触后快速分解，生成两个角度相差180^o的高能γ光子(511keV)。我们可以在回旋加速器中制备得到¹⁸F的同位素产品，如作为亲电试剂元素氟[¹⁸F]F₂和作为亲核试剂的[¹⁸F]F^-和[¹⁸F]HF(图式9.32)。

图式9.32  产生¹⁸F标记的元素氟和氟化氢的方法

由于¹⁸F的半衰期相当短，所以在有机化合物中引入该同位素的合成步骤必须满足简单和快速的要求。而且，¹⁸F标记的诊断试剂必须在使用前当场制备。它们在医学上的主要应用领域是通过正电子放射X射线断层照相术(PET)诊断和阐明代谢途径(图9.10)。

正电子放射X射线断层照相术(PET)可以让我们以较高的空间分辨率确定代谢的活性区域。这个方法尤其适用于确定脑部的癌和疾病(如帕金森病和阿尔茨海默氏病)。有大量糖代谢的区域，如肿瘤细胞，可以通过观察[¹⁸F] FDG[¹⁸F]2-氟代去氧葡萄糖)的代谢清清楚楚地看到。这个方法有很高的灵敏度，能够确定脑部的大部分活性区域。在患有阿尔茨海默氏病患者的脑子里，可以检测到大范围的糖流通量的减少。

另外的¹⁸F示踪剂，如各种不同的含氟多巴氨衍生物，可以用做诊断帕金森病的不同诊断试剂。在药物的临床试验中，¹⁸F标记的药物也被用来作为其在体内代谢途径的示踪剂。诊断过程中被试者所承受的放射剂量和做腹部X射线检查时差不多。图式9.33列出了一些¹⁸F标记的放射性药物和它们的目标区域及应用。

图9.10  正电子放射X射线断层照相术(PET)的工作原理是基于¹⁸F同位素标记诊断试剂(如：[¹⁸F]2-氟代去氧葡萄糖([¹⁸F]FDG)的正电子(β⁺)衰减基础之上的。通过检测正电子和电子的猝灭而产生的γ光子对(a)，就可以知道诊断试剂和它们的同属物在体内的到达区域和主要代谢进程。利用[¹⁸F] FDG试剂，对确定葡萄糖代谢的活性区域尤为有用，如脑肿瘤(b)。

图式9.33  ¹⁸F标记的放射性药物和它们的目标区域及应用

在合成[¹⁸F]标记的诊断试剂的过程中，必须避免一些耗时的后处理过程，在这个过程中，通常会应用一些常用的氟化方法来进行制备。[¹⁸F]FDG是通过烯糖和[¹⁸F]乙酰次氟酸的亲电氟化反应得到的(图式9.34)。而[¹⁸F]乙酰次氟酸是通过[¹⁸F]元素氟和KOAc-2 HOAc反应制得的。图式9.35显示了[¹⁸F]标记的另外多巴胺衍生物的合成过程。

图式9.34  [¹⁸F]标记的2-氟代去氧葡萄糖([¹⁸F] FDG)的合成。它是正电子放射X射线断层照相术(PET)中第一个正电子β⁺的放射物

图式9.35  不同[¹⁸F]标记的多巴胺衍生物的合成它们被用诊断脑部疾病，如帕金森病

为了同时应对非常紧迫的时间窗口和安全性的要求，“热”[¹⁸F]标记的氟负离子的亲核氟化反应，也被用在了集成的微流体反应器中。

由于[¹⁸F]标记的氟负离子是最方便的“热”氟源，在PET标记物合成方法的研究中，主要的工作都集中在利用氟离子对几乎所有类型有机物的亲核氟化反应中。一个很典型的例子就是利用氟负离子对苯酚类化合物的氧化“极性反转”氟化反应(图式9.36)。

图式9.36  通过对苯酚衍生物的氧化“极性反转”[PIDA：二醋酸碘苯]氟化反应，可以用[¹⁸F]标记的氟负离子制备[¹⁸F]标记的芳香族化合物